Сочинение на тему Теория воды Mabemba в

• Питание от сети: для питания небольшой морозильной камеры и электрического чайника.

Для получения различных начальных температур холодную деионизированную воду доводили до различной глубины в шести алюминиевых сосудах (оголенных и открытых; оголенных и запечатанных сверху липкой пленкой; изолированных и открытых; или какой-либо их комбинации). Кипяченая вода из чайника использовалась для пополнения воды таким образом, чтобы общий объем воды в каждом сосуде составлял 100 мл. Цифровые датчики температуры были закреплены с помощью маскирующей ленты, чтобы головка каждого датчика длиной 8 мм была полностью погружена в поверхность воды, и они были подключены к регистратору данных, который измерял температуру каждого датчика с 10 интервалами. Каждый сосуд помещали на изолирующий слой сложенного бумажного полотенца для минимизации теплопроводности через слой инея на полке морозильной камеры. Схема экспериментальной установки представлена ​​на рисунке 1.

Для объяснения эффекта Мпембы был предложен ряд механизмов. Монвея Дженг [2] и Марек Балазович и Борис Томазик [3] написали превосходный обзор предмета, суммируя эти гипотезы. Один из них заключается в том, что изначально более горячий сосуд плавит морозный слой, на котором он сидит, более полно, чем холодный сосуд; когда он замерзает, он создает лучший тепловой контакт, который отводит тепло быстрее.

Поместив сосуд на изолирующие слои сложенного бумажного полотенца, возможность эффективности этой гипотезы была немедленно устранена.

Кипячение воды сначала также уменьшало присутствие растворенных газов, которые также, как утверждали, способствовали эффекту.

Сверхскручение, когда жидкость остается жидкой ниже точки замерзания, прежде чем самопроизвольно становится твердой, также было предложено в качестве объяснения. Джеймс Д. Браунридж заявляет: ‘Горячая вода замерзнет перед более холодной водой только тогда, когда холодная вода перевернется, а затем, только если температура зародышеобразования более холодной воды на несколько градусов ниже, чем у горячей воды.

Нагрев воды может понизить, повысить или не изменить температуру самопроизвольного замерзания. ‘[4] Хотя это может иметь место в некоторых обстоятельствах, это не является удовлетворительным объяснением по следующим причинам. Во-первых, суперскручение является темпераментным.

График температур для двух изолированных сосудов; вода в сосуде, обозначенном синей линией, нагревается только на 4,45 ° C выше, чем вода красной линии, но начинает замерзать через 15,5% меньше времени.

График времени начала замораживания от начальной температуры. Красные треугольники: голые, покрытые пленкой сосуды. Синие квадраты: изолированные, открытые сосуды; этот график аналогичен представленному в статье Мпемба и Осборна 1969 года.

Это явление не наблюдалось при температурах ниже приблизительно -1 ° C, если оно вообще имело место. Загрязнения в воде, дефекты на поверхности внутренних поверхностей сосуда и даже само наличие головки температурного зонда имеют тенденцию постоянно вызывать зародышеобразование и замерзание при температуре 0 ° C или очень близко к ней.

Были предприняты усилия для поощрения суперскручения (использование деионизированной воды и в некоторых экспериментах только погружение кончика температурного зонда), но достичь суперскручения все еще было трудно. Во-вторых, Мпемба впервые наблюдал эффект в мороженом, который вряд ли переохлаждался; в идеале мы хотели бы получить общее объяснение, которое также объясняет первоначальные наблюдения Мембы. В-третьих, эффект Мпембы наблюдался несколько раз без суперскручения, как показано на рисунке 2.

Испарение и конвекция также были предложены отдельно (Мпемба в его оригинальной работе и Дженгом, Балазовичем и Томазиком). Это исследование находит доказательства того, что эффект вызван сочетанием обоих этих механизмов.

В первоначальном наблюдении Мпембы с мороженым, вероятно, использовались керамические (изолирующие) сосуды, а в экспериментах Осборна использовались сосуды из пирекса, поэтому считалось, что эффект Мпембы может быть связан с изоляцией сосудов, в которых содержится вода. Алюминиевые сосуды были выбраны потому, что они позволяли легко адаптировать сосуды для различных экспериментов. Оставляя сосуды открытыми и добавляя пленочную пленку, покрывающую верхнюю часть, чтобы подавить испарение, можно было охладить поведение воды, когда излучение было основным способом потери тепла, который необходимо исследовать. Если обернуть бумажной салфеткой изоляцию вокруг борта и основания сосуда, поверхностное излучение и испарение будут основными способами потери тепла. Это позволило отделить и проанализировать эффект испарения. Как и предполагалось, эффект Мембы возникал только в изолированных контейнерах, что позволяет предположить, что он связан с эффектами поверхностного охлаждения. На рисунке 3 сравнивается график времени начала замерзания с начальной температурой для изолированных сосудов (синие квадраты) и цепляющихся покрытых пленкой сосудов (красные треугольники). Сосуды, покрытые пленочной пленкой, ведут себя интуитивно: чем выше начальная температура, тем больше времени требуется, чтобы вода начала замерзать. При изолированных открытых сосудах выше определенной температуры любое дальнейшее повышение температуры вызывает уменьшение времени замерзания. Это говорит о том, что испарение было фактором, способствующим эффекту Мпемба. Дополнительные данные по всему диапазону температур от замерзания до кипения были бы полезны для дальнейшего изучения формы этого графика. Я хотел бы отметить, что время является важным элементом этого эксперимента и основой для этого, и все эти испытания зависят от времени.