น้ำที่แข็งตัวเร็วกว่า ร้อนหรือเย็น นั้นได้รับอิทธิพลจากหลายปัจจัย แต่คำถามก็ดูแปลกๆ เหมือนกัน เป็นที่ทราบโดยนัยและเป็นที่ทราบกันดีจากฟิสิกส์ว่า น้ำร้อนยังคงต้องใช้เวลาในการทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิของน้ำเย็นที่เทียบเท่ากันเพื่อที่จะเปลี่ยนเป็นน้ำแข็ง ด้วยน้ำเย็น คุณสามารถข้ามขั้นตอนนี้ได้ ดังนั้นจึงชนะได้ทันเวลา
แต่คำตอบสำหรับคำถามที่น้ำจะแข็งตัวเร็วขึ้น - เย็นหรือร้อน - บนถนนที่มีน้ำค้างแข็ง ผู้ที่อาศัยอยู่ในละติจูดเหนือก็รู้ดี ในความเป็นจริง ในทางวิทยาศาสตร์ ปรากฎว่าในกรณีใด ๆ น้ำเย็นก็ต้องแข็งตัวเร็วขึ้น
ครูวิชาฟิสิกส์ก็เช่นกัน ซึ่งได้รับการทาบทามจากเด็กนักเรียนชาย Erasto Mpemba ในปี 1963 ด้วยคำขอให้อธิบายว่าทำไมไอศกรีมที่ผสมความเย็นในอนาคตถึงกลายเป็นน้ำแข็งนานกว่าเดิม แต่ร้อน
นี่ไม่ใช่ฟิสิกส์โลก แต่เป็นฟิสิกส์ Mpemba บางประเภท
ในขณะนั้นอาจารย์ได้แต่หัวเราะเยาะเรื่องนี้ แต่เดนิส ออสบอร์น ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ ซึ่งครั้งหนึ่งเคยไปโรงเรียนเดียวกันกับที่อีราสโตศึกษา ได้ทดลองยืนยันการมีอยู่ของผลกระทบดังกล่าว แม้ว่าจะมี ไม่มีคำอธิบายสำหรับเรื่องนี้แล้ว ในปี 1969 วารสารวิทยาศาสตร์ยอดนิยมตีพิมพ์บทความร่วมโดยชายสองคนที่บรรยายถึงผลกระทบที่แปลกประหลาดนี้
ตั้งแต่นั้นมา คำถามว่าน้ำไหนจะแข็งตัวเร็วขึ้น - ร้อนหรือเย็นมีชื่อเป็นของตัวเอง - เอฟเฟกต์หรือความขัดแย้ง Mpemba
คำถามเกิดขึ้นเมื่อนานมาแล้ว
โดยธรรมชาติแล้วปรากฏการณ์ดังกล่าวเคยเกิดขึ้นมาก่อนและถูกกล่าวถึงในผลงานของนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ไม่เพียงแค่เด็กนักเรียนคนหนึ่งเท่านั้นที่สนใจคำถามนี้ แต่ฟรานซิส เบคอน เรเน่ เดส์การตส์ และแม้แต่อริสโตเติลก็คิดเรื่องนี้ในคราวเดียว
นั่นเป็นเพียงแนวทางในการแก้ไขความขัดแย้งนี้เริ่มมองแค่ปลายศตวรรษที่ยี่สิบเท่านั้น
เงื่อนไขสำหรับความขัดแย้งที่จะเกิดขึ้น
สำหรับไอศกรีม ไม่ใช่แค่น้ำธรรมดาที่ค้างระหว่างการทดลอง ต้องมีเงื่อนไขบางประการเพื่อที่จะเริ่มโต้เถียงว่าน้ำจะแข็งตัวเร็วขึ้น - เย็นหรือร้อน สิ่งที่มีอิทธิพลต่อกระบวนการนี้
ตอนนี้ในศตวรรษที่ 21 มีการเสนอทางเลือกหลายอย่างที่สามารถอธิบายได้ความขัดแย้งนี้ ซึ่งน้ำจะแข็งตัวเร็วขึ้น ร้อนหรือเย็น ขึ้นอยู่กับว่าน้ำร้อนมีอัตราการระเหยที่สูงกว่าน้ำเย็น ดังนั้นปริมาตรของมันจึงลดลง และด้วยปริมาตรที่ลดลง เวลาแช่แข็งจะสั้นกว่าที่คุณใช้ปริมาตรเริ่มต้นที่ใกล้เคียงกันของน้ำเย็น
ช่องแช่แข็งละลายน้ำแข็งมานานแล้ว
น้ำที่แข็งตัวเร็วกว่า และเพราะเหตุใด อาจได้รับผลกระทบจากซับในหิมะที่อาจอยู่ในช่องแช่แข็งของตู้เย็นที่ใช้สำหรับการทดลอง หากคุณนำภาชนะสองใบที่มีปริมาตรเท่ากัน แต่หนึ่งในนั้นจะมีน้ำร้อนและอีกขวดหนึ่งมีน้ำเย็น ภาชนะที่มีน้ำร้อนจะทำให้หิมะละลายภายใต้นั้น ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการสัมผัสของระดับความร้อนกับผนังตู้เย็น ถังน้ำเย็นทำไม่ได้ หากไม่มีหิมะปกคลุมในช่องแช่เย็น น้ำเย็นควรแข็งตัวเร็วขึ้น
บน-ล่าง
นอกจากนี้ยังอธิบายปรากฏการณ์ที่น้ำจะแข็งตัวเร็วขึ้น - ร้อนหรือเย็นได้ดังนี้ ตามกฎหมายบางประการ น้ำเย็นจะเริ่มแข็งตัวจากชั้นบน เมื่อน้ำร้อนทำอย่างอื่น - น้ำเย็นจะเริ่มแข็งตัวจากล่างขึ้นบน ปรากฎว่าน้ำเย็นที่มีชั้นเย็นบนน้ำแข็งก่อตัวขึ้นแล้วในบางสถานที่จึงบั่นทอนกระบวนการพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อน ดังนั้นจึงอธิบายว่าน้ำใดจะแข็งตัวเร็วขึ้น - เย็นหรือร้อน ภาพถ่ายจากมือสมัครเล่นมีการทดลองแนบมาด้วย ซึ่งมองเห็นได้ชัดเจนที่นี่
ความร้อนออกมาพุ่งขึ้นไปและพบกับชั้นที่เย็นยะเยือกมาก ไม่มีเส้นทางอิสระสำหรับการแผ่รังสีความร้อน ดังนั้นกระบวนการทำความเย็นจึงกลายเป็นเรื่องยาก น้ำร้อนไม่มีสิ่งกีดขวางในทางของมันอย่างแน่นอน ที่แข็งตัวเร็วขึ้น - เย็นหรือร้อนซึ่งผลลัพธ์ที่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสามารถขยายคำตอบได้โดยบอกว่าน้ำใด ๆ มีสารบางอย่างละลายอยู่ในนั้น
สิ่งเจือปนในองค์ประกอบของน้ำเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อผลลัพธ์
หากคุณไม่โกงและใช้น้ำที่มีส่วนประกอบเหมือนกันซึ่งมีความเข้มข้นของสารบางชนิดเท่ากัน น้ำเย็นก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น แต่ถ้าสถานการณ์เกิดขึ้นเมื่อองค์ประกอบทางเคมีที่ละลายในน้ำมีเฉพาะในน้ำร้อนในขณะที่น้ำเย็นไม่มีองค์ประกอบเหล่านี้ น้ำร้อนมีโอกาสที่จะแข็งตัวเร็วขึ้น สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าสารที่ละลายในน้ำทำให้เกิดศูนย์กลางการตกผลึก และด้วยศูนย์เหล่านี้จำนวนน้อย การเปลี่ยนแปลงของน้ำให้เป็นสถานะของแข็งจึงเป็นเรื่องยาก แม้แต่การระบายความร้อนด้วยน้ำก็เป็นไปได้ ในแง่ที่ว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ก็จะอยู่ในสถานะของเหลว
แต่เห็นได้ชัดว่าเวอร์ชันเหล่านี้ไม่เหมาะกับนักวิทยาศาสตร์อย่างเต็มที่และพวกเขายังคงทำงานเกี่ยวกับเรื่องนี้ต่อไป ในปี 2013 ทีมนักวิจัยในสิงคโปร์กล่าวว่าพวกเขาได้ไขปริศนาเก่าแก่นี้แล้ว
กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ชาวจีนอ้างว่าความลับของผลกระทบนี้อยู่ที่ปริมาณพลังงานที่กักเก็บไว้ระหว่างโมเลกุลของน้ำในพันธะ ซึ่งเรียกว่าพันธะไฮโดรเจน
เบาะแสจากนักวิทยาศาสตร์ชาวจีน
ข้อมูลต่อไปนี้จะตามมา เพื่อความเข้าใจที่คุณจำเป็นต้องมีความรู้ด้านเคมี เพื่อที่จะหาว่าน้ำใดจะแข็งตัวเร็วกว่า - ร้อนหรือเย็น อย่างที่คุณทราบ โมเลกุลของน้ำประกอบด้วยอะตอม H (ไฮโดรเจน) สองอะตอมและอะตอม O (ออกซิเจน) หนึ่งอะตอมที่ยึดติดกันด้วยพันธะโควาเลนต์
แต่ไฮโดรเจนอะตอมของโมเลกุลหนึ่งก็ดึงดูดโมเลกุลที่อยู่ใกล้เคียงมาสู่องค์ประกอบออกซิเจนของพวกมันเช่นกัน มันคือพันธะเหล่านี้ที่เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน
ควรจำไว้ว่าในขณะเดียวกัน โมเลกุลของน้ำก็ทำหน้าที่ผลักซึ่งกันและกัน นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่าเมื่อน้ำร้อนขึ้น ระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น และสิ่งนี้เกิดขึ้นได้ด้วยแรงผลัก ปรากฎว่าพันธะไฮโดรเจนซึ่งครอบครองระยะห่างระหว่างโมเลกุลในสภาวะเย็นจัด สามารถกล่าวได้ว่ายืดออกได้ และมีแหล่งพลังงานที่มากกว่า มันเป็นพลังงานสำรองที่ปล่อยออกมาเมื่อโมเลกุลของน้ำเริ่มเข้าหากันนั่นคือความเย็นเกิดขึ้น ปรากฎว่าแหล่งพลังงานที่มากขึ้นในน้ำร้อน และการปลดปล่อยมากขึ้นเมื่อถูกทำให้เย็นลงที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ เกิดขึ้นได้เร็วกว่าในน้ำเย็นซึ่งมีการจ่ายพลังงานดังกล่าวพลังงานน้อยลง น้ำชนิดใดที่แข็งตัวเร็วกว่า - เย็นหรือร้อน? ความขัดแย้งของ Mpemba ควรเกิดขึ้นภายนอกและในห้องแล็บ และน้ำร้อนจะกลายเป็นน้ำแข็งเร็วขึ้น
แต่ยังเปิดอยู่
มีเพียงการยืนยันทางทฤษฎีของเบาะแสนี้ - ทั้งหมดนี้เขียนด้วยสูตรที่สวยงามและดูเหมือนเป็นไปได้ แต่เมื่อข้อมูลการทดลองซึ่งกลายเป็นน้ำแข็งเร็วขึ้น - ร้อนหรือเย็น จะถูกนำไปใช้ในทางปฏิบัติและผลลัพธ์ของพวกเขาจะถูกนำเสนอ จากนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะพิจารณาคำถามของความขัดแย้งของ Mpemba ที่ปิดลง