Сочинение на тему Об эффекте Мпемба

Горячая вода может фактически замерзнуть быстрее, чем холодная вода для широкого спектра экспериментальных условий. Это явление крайне нелогично и удивительно даже для большинства ученых, но на самом деле оно реально. Это было замечено и изучено в многочисленных экспериментах. Хотя это явление было известно на протяжении веков и было описано Аристотелем, Бэконом и Декартом [1–3], оно не было представлено современному научному сообществу до 1969 года учеником танзанийской средней школы по имени Мпемба.

Как ранняя научная история этого эффекта, так и история его повторного открытия Мпембой интересны сами по себе – история Мпембы, в частности, представляет собой драматическую притчу о том, чтобы сделать быстрые суждения о том, что невозможно. Это отдельно описано ниже. Явление того, что горячая вода может замерзнуть быстрее, чем холодная, часто называют эффектом Мпембы. Поскольку, без сомнения, большинство читателей крайне скептически относятся к этому моменту, мы должны начать с точного определения того, что мы подразумеваем под эффектом Мпембы. Мы начнем с двух контейнеров с водой, которые имеют одинаковую форму и в которых содержится одинаковое количество воды. Единственная разница между ними состоит в том, что вода в одном из них имеет более высокую (равномерную) температуру, чем вода в другом. Теперь мы охлаждаем оба контейнера, используя одинаковый процесс охлаждения для каждого контейнера. При некоторых условиях первоначально более теплая вода замерзнет первой.

Если это произойдет, мы увидим эффект Мпембы. Конечно, изначально более теплая вода не замерзнет раньше, чем изначально более холодная вода для всех начальных условий. Если горячая вода начинается с температуры 99,9 ° С, а холодная вода с температурой 0,01 ° С, то, очевидно, при этих обстоятельствах первоначально более холодная вода сначала замерзнет. Тем не менее, при некоторых условиях первоначально более теплая вода замерзнет первой: если это произойдет, вы увидели эффект Мпембы. Но вы не увидите эффект Мпембы только для начальных температур, форм контейнеров или условий охлаждения.

Это кажется невозможным, верно? Многие проницательные читатели, возможно, уже придумали общее доказательство того, что эффект Мпембы невозможен. Доказательство обычно выглядит примерно так. Скажем, что изначально более холодная вода начинается при 30 ° C и для замерзания требуется 10 минут, тогда как изначально более теплая вода начинается при 70 ° C. Теперь изначально более теплая вода должна тратить некоторое время на охлаждение, чтобы опуститься до 30 ° C, и после этого потребуется еще 10 минут, чтобы заморозить. Так как изначально более теплая вода должна делать все, что должна делать изначально более холодная вода, плюс еще немного, это займет, по крайней мере, немного больше времени, верно? Что может быть не так с этим доказательством? Что не так с этим доказательством, так это то, что оно неявно предполагает, что вода характеризуется только одним числом – ее средней температурой. Но если важны другие факторы, помимо средней температуры, то, когда изначально более теплая вода остыла до средней температуры 30 ° C, она может выглядеть очень иначе, чем изначально более холодная вода (при одинаковых 30 ° C) в начале , Почему? Потому что вода могла измениться, когда она остыла от однородных 70 ° C до среднего 30 ° C. Он может иметь меньшую массу, меньше растворенного газа или конвекционные токи, что приводит к неравномерному распределению температуры. Или это могло изменить окружающую среду вокруг контейнера в холодильнике. Все четыре из этих изменений очевидно важны, и каждое из них будет рассмотрено отдельно ниже. S