วิชาหนึ่งที่ฉันชอบที่โรงเรียนคือวิชาเคมี ครั้งหนึ่งครูสอนเคมีให้งานที่แปลกและยากแก่เรา เขาให้รายการคำถามที่เราต้องตอบในแง่ของเคมี เราได้รับเวลาหลายวันสำหรับงานนี้และได้รับอนุญาตให้ใช้ห้องสมุดและแหล่งข้อมูลอื่นๆ ที่มีอยู่ คำถามข้อหนึ่งเกี่ยวข้องกับจุดเยือกแข็งของน้ำ ฉันจำไม่ได้ว่าคำถามฟังดูเป็นอย่างไร แต่มันเป็นเรื่องของความจริงที่ว่า ถ้าคุณเอาถังไม้ที่มีขนาดเท่ากันสองใบ มาหนึ่งใบกับ น้ำร้อนอีกอันเป็นอันเย็น (ตามอุณหภูมิที่กำหนดเป๊ะๆ เลย) แล้วเอาไปวางในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิพอเหมาะ อันไหนจะแข็งเร็วกว่ากัน? แน่นอนว่าคำตอบนั้นแนะนำตัวเองทันที - หนึ่งถัง น้ำเย็นแต่เราคิดว่ามันง่ายเกินไป แต่นี่ไม่เพียงพอที่จะให้คำตอบที่สมบูรณ์ เราจำเป็นต้องพิสูจน์จากมุมมองทางเคมี แม้ว่าฉันจะคิดและค้นคว้ามาทั้งหมดแล้ว แต่ฉันก็ไม่สามารถสรุปได้เชิงตรรกะ ฉันตัดสินใจข้ามบทเรียนนี้ไปในวันนั้นด้วยซ้ำ ดังนั้นฉันจึงไม่เคยเรียนรู้วิธีแก้ปัญหาของปริศนานี้เลย

หลายปีผ่านไป และฉันได้เรียนรู้ตำนานมากมายในชีวิตประจำวันเกี่ยวกับจุดเดือดและจุดเยือกแข็งของน้ำ และมีตำนานหนึ่งกล่าวว่า: “ น้ำร้อนค้างเร็วขึ้น" ฉันดูเว็บไซต์หลายแห่ง แต่ข้อมูลขัดแย้งกันเกินไป และนี่เป็นเพียงความคิดเห็นที่ไม่มีมูลจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ และฉันตัดสินใจทำการทดลองของตัวเอง เนื่องจากฉันหาถังไม้ไม่เจอ ฉันจึงใช้ช่องแช่แข็ง เตา น้ำ และเทอร์โมมิเตอร์แบบดิจิตอล ฉันจะบอกคุณเกี่ยวกับผลลัพธ์ของประสบการณ์ของฉันในภายหลัง ก่อนอื่น ฉันจะแบ่งปันข้อโต้แย้งที่น่าสนใจเกี่ยวกับน้ำกับคุณ:

น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่กล่าวว่าน้ำเย็นจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำร้อน แต่ปรากฏการณ์ตลกอย่างหนึ่ง (ที่เรียกว่า Memba effect) โดยไม่ทราบสาเหตุ ได้พิสูจน์สิ่งที่ตรงกันข้าม: น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น คำอธิบายประการหนึ่งคือกระบวนการระเหย: หากวางน้ำร้อนจัดในสภาพแวดล้อมที่เย็น น้ำจะเริ่มระเหย (ปริมาณน้ำที่เหลือจะแข็งตัวเร็วขึ้น) และตามกฎของเคมี นี่ไม่ใช่ตำนานแต่อย่างใด และเป็นไปได้มากว่านี่คือสิ่งที่ครูต้องการจะได้ยินจากเรา

น้ำต้มสุกแข็งเร็วขึ้น น้ำประปา- แม้จะมีคำอธิบายก่อนหน้านี้ แต่ผู้เชี่ยวชาญบางคนแย้งว่าน้ำต้มสุกที่เย็นลงถึงอุณหภูมิห้องควรแข็งตัวเร็วขึ้นเนื่องจากการเดือดจะลดปริมาณออกซิเจน

น้ำเย็นเดือดเร็วกว่าน้ำร้อน หากน้ำร้อนแข็งตัวเร็วขึ้น น้ำเย็นอาจเดือดเร็วขึ้น! สิ่งนี้ขัดกับสามัญสำนึกและนักวิทยาศาสตร์บอกว่าสิ่งนี้เป็นไปไม่ได้ น้ำประปาร้อนควรเดือดเร็วกว่าน้ำเย็นจริงๆ แต่การใช้น้ำร้อนต้มไม่ได้ช่วยประหยัดพลังงาน คุณอาจใช้แก๊สหรือไฟน้อยลง แต่เครื่องทำน้ำอุ่นจะใช้พลังงานเท่ากันในการทำความร้อนน้ำเย็น (กับ พลังงานแสงอาทิตย์สิ่งต่าง ๆ เล็กน้อย) จากการทำความร้อนน้ำร้อนด้วยเครื่องทำน้ำอุ่น อาจมีตะกอนเกิดขึ้น ส่งผลให้น้ำใช้เวลาในการทำความร้อนนานขึ้น

หากเติมเกลือลงในน้ำก็จะเดือดเร็วขึ้น เกลือจะเพิ่มจุดเดือด (และลดจุดเยือกแข็งลงด้วย ด้วยเหตุนี้แม่บ้านบางคนจึงเติมเกลือสินเธาว์เล็กน้อยลงในไอศกรีม) แต่เราอยู่ใน ในกรณีนี้ฉันสนใจคำถามอื่น: น้ำจะใช้เวลาต้มนานแค่ไหน และจุดเดือดในกรณีนี้สามารถเพิ่มขึ้นเกิน 100°C ได้หรือไม่) แม้ว่าตำราอาหารจะพูดอะไร แต่นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าปริมาณเกลือที่เราเติมลงในน้ำเดือดไม่เพียงพอที่จะส่งผลต่อเวลาหรืออุณหภูมิในการเดือด

แต่นี่คือสิ่งที่ฉันได้รับ:

น้ำเย็น: ฉันใช้แก้วน้ำบริสุทธิ์ขนาด 100 มล. สามแก้ว: แก้วหนึ่งมีอุณหภูมิห้อง (72°F/22°C) แก้วหนึ่งมีน้ำร้อน (115°F/46°C) และอีกแก้วมีน้ำต้มสุก (212 °F/100°C) ฉันวางแก้วทั้งสามใบในช่องแช่แข็งที่อุณหภูมิ -18°C และเนื่องจากฉันรู้ว่าน้ำจะไม่กลายเป็นน้ำแข็งในทันที ฉันจึงกำหนดระดับความเยือกแข็งโดยใช้ "ทุ่นไม้" เมื่อไม้ที่วางอยู่ตรงกลางกระจกไม่แตะฐานอีกต่อไป ฉันถือว่าน้ำกลายเป็นน้ำแข็งแล้ว ฉันตรวจดูแว่นตาทุกๆ ห้านาที และผลลัพธ์ของฉันคืออะไร? น้ำในแก้วแรกกลายเป็นน้ำแข็งหลังจากผ่านไป 50 นาที น้ำร้อนแข็งตัวหลังจากผ่านไป 80 นาที ต้ม - หลังจาก 95 นาที สิ่งที่ฉันค้นพบ: เมื่อพิจารณาจากสภาพในช่องแช่แข็งและน้ำที่ฉันใช้ ฉันไม่สามารถสร้างเอฟเฟกต์ Memba ได้

ฉันยังทดลองการทดลองนี้กับน้ำต้มก่อนหน้านี้ที่ทำให้เย็นลงถึงอุณหภูมิห้องด้วย แข็งตัวภายใน 60 นาที แต่ยังใช้เวลานานกว่าน้ำเย็นในการแข็งตัว

น้ำต้มสุก: ฉันเอาน้ำหนึ่งลิตรที่อุณหภูมิห้องแล้วนำไปตั้งไฟ มันต้มใน 6 นาที จากนั้นฉันก็ทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้องและเติมลงไปในขณะที่ยังร้อน ด้วยไฟเดียวกันต้มน้ำร้อนใน 4 ชั่วโมง 30 นาที สรุป: ตามที่คาดไว้ น้ำร้อนเดือดเร็วกว่ามาก

น้ำต้มสุก (พร้อมเกลือ): ฉันเติมเกลือแกง 2 ช้อนโต๊ะใหญ่ต่อน้ำ 1 ลิตร ต้มใน 6 นาที 33 วินาที และตามที่เทอร์โมมิเตอร์แสดง อุณหภูมิก็สูงถึง 102°C ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเกลือส่งผลต่อจุดเดือด แต่ก็ไม่มากนัก สรุป: เกลือในน้ำไม่ส่งผลต่ออุณหภูมิและเวลาในการเดือดมากนัก ฉันยอมรับโดยสุจริตว่าห้องครัวของฉันแทบจะเรียกได้ว่าเป็นห้องทดลองไม่ได้และบางทีข้อสรุปของฉันอาจขัดแย้งกับความเป็นจริง ตู้แช่แข็งของฉันอาจแช่แข็งอาหารได้ไม่เท่ากัน แก้วของฉันอาจมีรูปทรงไม่สม่ำเสมอ ฯลฯ แต่ไม่ว่าอะไรจะเกิดขึ้นในห้องปฏิบัติการ เมื่อพูดถึงเรื่องน้ำแช่แข็งหรือน้ำเดือดในห้องครัว สิ่งสำคัญที่สุดคือสามัญสำนึก

เชื่อมโยงกับข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับน้ำทั้งหมดเกี่ยวกับน้ำ
ตามที่แนะนำใน forum.ixbt.com เอฟเฟกต์นี้ (เอฟเฟกต์ของน้ำร้อนที่แข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น) เรียกว่า "เอฟเฟกต์ Aristotle-Mpemba"

เหล่านั้น. น้ำต้มสุก (แช่เย็น) แข็งเร็วกว่า “ดิบ”

ผลกระทบของ Mpemba หรือเหตุใดน้ำร้อนจึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น Mpemba Effect (Mpemba Paradox) เป็นความขัดแย้งที่ระบุว่าน้ำร้อนภายใต้เงื่อนไขบางประการจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น แม้ว่าจะต้องผ่านอุณหภูมิของน้ำเย็นในระหว่างกระบวนการแช่แข็งก็ตาม ความขัดแย้งนี้เป็นข้อเท็จจริงเชิงทดลองที่ขัดแย้งกับแนวคิดปกติ โดยที่ภายใต้สภาวะเดียวกัน วัตถุที่ได้รับความร้อนมากกว่าจะใช้เวลาในการทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดมากกว่าวัตถุที่มีความร้อนน้อยกว่าเพื่อทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิเดียวกัน ปรากฏการณ์นี้ถูกสังเกตเห็นในครั้งเดียวโดยอริสโตเติล, ฟรานซิส เบคอน และเรอเน เดการ์ต แต่ในปี 1963 Erasto Mpemba เด็กนักเรียนชาวแทนซาเนียเท่านั้นที่ก่อตั้งว่า ผสมร้อนไอศกรีมแข็งตัวเร็วกว่าไอศกรีมเย็น เป็นนักเรียนของ Magambinskaya มัธยม ในประเทศแทนซาเนีย Erasto Mpemba ทำงานจริงเป็นพ่อครัว เขาต้องทำไอศกรีมโฮมเมด โดยต้มนม ละลายน้ำตาล ปล่อยให้เย็นจนถึงอุณหภูมิห้อง จากนั้นนำไปแช่ในตู้เย็นเพื่อแช่แข็ง เห็นได้ชัดว่า Mpemba ไม่ใช่นักเรียนที่ขยันเป็นพิเศษและล่าช้าในการทำส่วนแรกของงานให้เสร็จล่าช้า ด้วยกลัวว่าเรียนไม่ทันจึงเอานมร้อนใส่ตู้เย็น เขาประหลาดใจที่มันแข็งตัวเร็วกว่านมของสหายของเขาที่เตรียมตามเทคโนโลยีที่กำหนด หลังจากนั้น Mpemba ไม่เพียงทดลองกับนมเท่านั้น แต่ยังทดลองกับน้ำธรรมดาด้วย ไม่ว่าในกรณีใด ในฐานะนักเรียนที่โรงเรียนมัธยม Mkwava เขาขอให้ศาสตราจารย์เดนนิส ออสบอร์น จากวิทยาลัยมหาวิทยาลัยในดาร์ เอส ซาลาม (ได้รับเชิญจากผู้อำนวยการโรงเรียนให้บรรยายเรื่องฟิสิกส์แก่นักเรียน) โดยเฉพาะเกี่ยวกับน้ำ: “ถ้าคุณเรียน ภาชนะสองใบที่เหมือนกันซึ่งมีปริมาณน้ำเท่ากัน โดยภาชนะใบหนึ่งมีอุณหภูมิ 35°C และอีกใบมีอุณหภูมิ 100°C แล้วนำไปแช่ในช่องแช่แข็ง จากนั้นในวินาทีนั้นน้ำก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น ทำไม ออสบอร์นเริ่มสนใจประเด็นนี้ และในไม่ช้า ในปี 1969 เขาและเอ็มเพมบาก็ได้ตีพิมพ์ผลการทดลองของพวกเขาในวารสาร Physics Education ตั้งแต่นั้นมา ผลกระทบที่พวกเขาค้นพบก็ถูกเรียกว่าเอฟเฟกต์ Mpemba จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครทราบแน่ชัดว่าจะอธิบายผลกระทบประหลาดนี้ได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์ไม่มีเวอร์ชันเดียวแม้ว่าจะมีหลายเวอร์ชันก็ตาม ทั้งหมดนี้เกี่ยวกับความแตกต่างในคุณสมบัติของน้ำร้อนและน้ำเย็น แต่ยังไม่ชัดเจนว่าคุณสมบัติใดมีบทบาทในกรณีนี้: ความแตกต่างในการทำความเย็นยิ่งยวด การระเหย การก่อตัวของน้ำแข็ง การพาความร้อน หรือผลกระทบของก๊าซเหลวที่มีต่อน้ำที่ อุณหภูมิที่แตกต่างกัน ความขัดแย้งของเอฟเฟกต์ Mpemba ก็คือช่วงเวลาที่ร่างกายเย็นลงจนถึงอุณหภูมิโดยรอบควรเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างร่างกายนี้กับสิ่งแวดล้อม กฎนี้ก่อตั้งขึ้นโดยนิวตันและได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติหลายครั้งตั้งแต่นั้นมา ด้วยเหตุนี้ น้ำที่มีอุณหภูมิ 100°C จะเย็นลงถึงอุณหภูมิ 0°C เร็วกว่าน้ำที่มีอุณหภูมิ 35°C ในปริมาณเท่ากัน อย่างไรก็ตาม นี่ยังไม่ได้หมายความถึงความขัดแย้ง เนื่องจากสามารถอธิบายเอฟเฟกต์ Mpemba ได้ภายในกรอบของฟิสิกส์ที่รู้จัก ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายบางส่วนสำหรับปรากฏการณ์ Mpemba: การระเหย น้ำร้อนจะระเหยเร็วขึ้นจากภาชนะ ส่งผลให้ปริมาตรลดลง และปริมาณน้ำที่มีปริมาตรน้อยลงที่อุณหภูมิเดียวกันก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น น้ำร้อนที่อุณหภูมิ 100 C จะสูญเสียมวล 16% เมื่อเย็นลงเหลือ 0 C ผลของการระเหยเป็นผลกระทบสองเท่า ประการแรก มวลน้ำที่จำเป็นสำหรับการทำความเย็นจะลดลง และประการที่สองอุณหภูมิจะลดลงเนื่องจากความร้อนของการระเหยของการเปลี่ยนจากเฟสน้ำไปเป็นเฟสไอน้ำลดลง ความแตกต่างของอุณหภูมิ เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างน้ำร้อนและอากาศเย็นมีมากกว่า ดังนั้นการแลกเปลี่ยนความร้อนในกรณีนี้จึงมีความรุนแรงมากขึ้นและน้ำร้อนจะเย็นตัวเร็วขึ้น อุณหภูมิร่างกายต่ำ เมื่อน้ำเย็นลงต่ำกว่า 0 C น้ำจะไม่แข็งตัวเสมอไป ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ตัวเครื่องอาจผ่านการทำความเย็นแบบซุปเปอร์คูลลิ่ง โดยยังคงเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ในบางกรณี น้ำสามารถยังคงเป็นของเหลวได้แม้ที่อุณหภูมิ -20 C สาเหตุของผลกระทบนี้ก็คือ เพื่อให้ผลึกน้ำแข็งก้อนแรกเริ่มก่อตัว จำเป็นต้องมีจุดศูนย์กลางการก่อตัวของผลึก หากไม่มีอยู่ในน้ำของเหลว ซูเปอร์คูลลิ่งจะดำเนินต่อไปจนกว่าอุณหภูมิจะลดลงมากพอที่ผลึกจะเริ่มก่อตัวตามธรรมชาติ เมื่อพวกมันเริ่มก่อตัวในของเหลวที่มีความเย็นยิ่งยวด พวกมันจะเริ่มเติบโตเร็วขึ้น กลายเป็นน้ำแข็งโคลน ซึ่งจะแข็งตัวเป็นน้ำแข็ง น้ำร้อนจะไวต่อภาวะอุณหภูมิต่ำกว่าปกติมากที่สุดเนื่องจากการให้ความร้อนจะขจัดก๊าซและฟองที่ละลายในน้ำ ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางในการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งได้ เหตุใดภาวะอุณหภูมิต่ำจึงทำให้น้ำร้อนแข็งตัวเร็วขึ้น ในกรณีของน้ำเย็นที่ไม่ได้ทำความเย็นยิ่งยวดจะเกิดสิ่งต่อไปนี้ ในกรณีนี้ ชั้นบางน้ำแข็งจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของเรือ ชั้นน้ำแข็งนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนระหว่างน้ำกับอากาศเย็น และจะป้องกันการระเหยออกไปอีก อัตราการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งในกรณีนี้จะลดลง ในกรณีของน้ำร้อนที่ต้องทำความเย็นแบบพิเศษ น้ำที่เย็นเป็นพิเศษนั้นจะไม่มีชั้นผิวป้องกันเป็นน้ำแข็ง ดังนั้นจึงสูญเสียความร้อนได้เร็วกว่ามากเมื่อผ่านหลังคาแบบเปิด เมื่อกระบวนการทำความเย็นยิ่งยวดสิ้นสุดลงและน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง ความร้อนจะสูญเสียไปอย่างมาก และทำให้เกิดน้ำแข็งมากขึ้น นักวิจัยหลายคนเกี่ยวกับผลกระทบนี้ถือว่าภาวะอุณหภูมิร่างกายลดลงเป็นปัจจัยหลักในกรณีของผลกระทบ Mpemba การพาความร้อน น้ำเย็นเริ่มแข็งตัวจากด้านบน ส่งผลให้กระบวนการแผ่รังสีความร้อนและการพาความร้อนแย่ลง ส่งผลให้สูญเสียความร้อน ในขณะที่น้ำร้อนเริ่มแข็งตัวจากด้านล่าง ผลกระทบนี้อธิบายได้จากความผิดปกติของความหนาแน่นของน้ำ น้ำมีความหนาแน่นสูงสุดที่ 4 C ถ้าคุณทำให้น้ำเย็นลงถึง 4 C และตั้งไว้ที่อุณหภูมิต่ำลง ชั้นผิวน้ำก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น เนื่องจากน้ำนี้มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำที่อุณหภูมิ 4 C น้ำจึงยังคงอยู่บนพื้นผิวจนเกิดเป็นชั้นเย็นบางๆ ภายใต้สภาวะเหล่านี้ ชั้นน้ำแข็งบางๆ จะก่อตัวขึ้นบนผิวน้ำภายในระยะเวลาอันสั้น แต่ชั้นน้ำแข็งนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนป้องกันชั้นล่างของน้ำซึ่งจะคงอยู่ที่อุณหภูมิ 4 C ดังนั้นกระบวนการทำความเย็นต่อจะช้าลง ในกรณีของน้ำร้อน สถานการณ์จะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ชั้นผิวของน้ำจะเย็นตัวเร็วขึ้นเนื่องจากการระเหยและ ความแตกต่างที่ใหญ่กว่าอุณหภูมิ นอกจากนี้ชั้นน้ำเย็นยังมีความหนาแน่นมากกว่าชั้นน้ำร้อน ดังนั้นชั้นน้ำเย็นจะจมลงทำให้ชั้นสูงขึ้น น้ำอุ่นสู่พื้นผิว การไหลเวียนของน้ำนี้ทำให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว แต่เหตุใดกระบวนการนี้จึงไม่ถึงจุดสมดุล? เพื่ออธิบายผลกระทบของ Mpemba จากมุมมองของการพาความร้อน จำเป็นต้องถือว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนถูกแยกออกจากกัน และกระบวนการพาความร้อนจะดำเนินต่อไปหลังจากนั้น อุณหภูมิเฉลี่ยน้ำจะลดลงต่ำกว่า 4 C อย่างไรก็ตาม ไม่มีข้อมูลการทดลองที่จะยืนยันสมมติฐานนี้ว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนจะถูกแยกออกจากกันในระหว่างกระบวนการพาความร้อน ก๊าซที่ละลายในน้ำ น้ำมักจะมีก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้น - ออกซิเจนและ คาร์บอนไดออกไซด์- ก๊าซเหล่านี้มีความสามารถในการลดจุดเยือกแข็งของน้ำ เมื่อน้ำร้อน ก๊าซเหล่านี้จะถูกปล่อยออกจากน้ำเนื่องจากความสามารถในการละลายในน้ำจะลดลงที่อุณหภูมิสูง ดังนั้น เมื่อน้ำร้อนเย็นลง ก็จะมีก๊าซละลายน้อยกว่าน้ำเย็นที่ไม่อุ่นเสมอ ดังนั้นจุดเยือกแข็งของน้ำร้อนจึงสูงขึ้นและแข็งตัวเร็วขึ้น บางครั้งปัจจัยนี้ถือเป็นปัจจัยหลักในการอธิบายผลกระทบของ Mpemba แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลการทดลองที่ยืนยันข้อเท็จจริงนี้ก็ตาม การนำความร้อน กลไกนี้สามารถมีบทบาทสำคัญในการใส่น้ำในช่องแช่แข็งของตู้เย็นในภาชนะขนาดเล็ก ภายใต้สภาวะเหล่านี้ จะสังเกตเห็นว่าภาชนะที่มีน้ำร้อนจะละลายน้ำแข็งที่อยู่ด้านล่าง ตู้แช่แข็งจึงปรับปรุงการสัมผัสความร้อนกับผนังช่องแช่แข็งและการนำความร้อน ส่งผลให้ความร้อนถูกดึงออกจากภาชนะน้ำร้อนได้เร็วกว่าภาชนะที่เย็น ในทางกลับกัน ภาชนะที่มีน้ำเย็นจะไม่ทำให้หิมะที่อยู่ด้านล่างละลาย เงื่อนไขทั้งหมดนี้ (รวมถึงเงื่อนไขอื่น ๆ ) ได้รับการศึกษาในการทดลองหลายครั้ง แต่ไม่เคยได้รับคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถาม - ซึ่งในนั้นให้การสร้างเอฟเฟกต์ Mpemba ได้ร้อยเปอร์เซ็นต์ - ตัวอย่างเช่น ในปี 1995 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน David Auerbach ได้ศึกษาผลกระทบของน้ำที่มีความเย็นยิ่งยวดต่อผลกระทบนี้ เขาค้นพบว่าน้ำร้อนซึ่งมีอุณหภูมิเย็นจัดเป็นพิเศษ และแข็งตัวที่อุณหภูมิสูงกว่าน้ำเย็น และเร็วกว่าน้ำเย็นอย่างหลัง แต่น้ำเย็นจะเข้าสู่สถานะเย็นยิ่งยวดได้เร็วกว่าน้ำร้อน จึงชดเชยความล่าช้าก่อนหน้านี้ นอกจากนี้ ผลลัพธ์ของ Auerbach ยังขัดแย้งกับข้อมูลก่อนหน้านี้ที่ว่าน้ำร้อนสามารถให้ความเย็นยิ่งยวดได้มากขึ้นเนื่องจากมีศูนย์การตกผลึกน้อยลง เมื่อน้ำร้อน ก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้นจะถูกกำจัดออกไป และเมื่อถูกต้ม เกลือบางส่วนที่ละลายอยู่ในนั้นก็จะตกตะกอน ในตอนนี้มีเพียงสิ่งเดียวเท่านั้นที่สามารถระบุได้ - การสร้างเอฟเฟกต์นี้อย่างมีนัยสำคัญขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่ทำการทดลอง แม่นยำเพราะมันไม่ได้ทำซ้ำเสมอไป โอ.วี. โมซิน

น้ำ- เป็นสารที่ค่อนข้างง่ายจากมุมมองทางเคมี แต่มีคุณสมบัติที่ผิดปกติหลายประการที่ไม่เคยหยุดนิ่งทำให้นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจ ด้านล่างนี้เป็นข้อเท็จจริงบางประการที่น้อยคนจะรู้

1. น้ำใดที่แข็งตัวเร็วกว่า - เย็นหรือร้อน?

ให้เรานำน้ำสองภาชนะมาใส่: เทน้ำร้อนใส่อันหนึ่งและน้ำเย็นใส่อีกอันแล้วใส่ไว้ในช่องแช่แข็ง น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น แม้ว่าตามตรรกะแล้ว น้ำเย็นควรกลายเป็นน้ำแข็งก่อน หลังจากนั้น น้ำร้อนจะต้องเย็นลงจนถึงอุณหภูมิเย็นก่อน แล้วจึงเปลี่ยนเป็นน้ำแข็ง ในขณะที่น้ำเย็นไม่จำเป็นต้องทำให้เย็นลง ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น?

ในปี 1963 นักเรียนชาวแทนซาเนียชื่อ Erasto B. Mpemba ขณะแช่แข็งส่วนผสมไอศกรีม สังเกตว่าส่วนผสมที่ร้อนจะแข็งตัวในช่องแช่แข็งได้เร็วกว่าส่วนผสมที่เย็น เมื่อชายหนุ่มแบ่งปันการค้นพบของเขากับครูฟิสิกส์ เขาก็เพียงหัวเราะเยาะเขาเท่านั้น โชคดีที่นักเรียนคนนั้นยืนหยัดและโน้มน้าวให้ครูทำการทดลอง ซึ่งยืนยันการค้นพบของเขา: ภายใต้เงื่อนไขบางประการ น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็นจริงๆ

ตอนนี้ปรากฏการณ์น้ำร้อนกลายเป็นน้ำแข็งเร็วกว่าน้ำเย็นนี้เรียกว่า “ เอฟเฟ็กต์เอ็มเพมบา- จริงอยู่ก่อนหน้านี้นาน คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์น้ำถูกสังเกตโดยอริสโตเติล ฟรานซิส เบคอน และเรอเน เดการ์ต

นักวิทยาศาสตร์ยังคงไม่เข้าใจธรรมชาติของปรากฏการณ์นี้อย่างถ่องแท้ โดยอธิบายได้จากความแตกต่างในด้านความเย็นยิ่งยวด การระเหย การก่อตัวของน้ำแข็ง การพาความร้อน หรือโดยผลกระทบของก๊าซเหลวต่อน้ำร้อนและน้ำเย็น

2.สามารถแช่แข็งได้ทันที

ทุกคนรู้เรื่องนี้ น้ำจะกลายเป็นน้ำแข็งเสมอเมื่อเย็นลงถึง 0°C... โดยมีข้อยกเว้นบางประการ! ตัวอย่างเช่นกรณีดังกล่าวเป็นการระบายความร้อนแบบซุปเปอร์คูลลิ่งซึ่งเป็นคุณสมบัติของอย่างมาก น้ำสะอาดยังคงเป็นของเหลวแม้ว่าจะเย็นลงถึงจุดเยือกแข็งก็ตาม ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่า สิ่งแวดล้อมไม่มีจุดศูนย์กลางหรือนิวเคลียสของการตกผลึกที่สามารถกระตุ้นการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งได้ ดังนั้นน้ำจึงยังคงอยู่ในสถานะของเหลวแม้ว่าจะเย็นลงจนต่ำกว่าศูนย์องศาเซลเซียสก็ตาม

กระบวนการตกผลึกอาจเกิดจากฟองก๊าซ สิ่งเจือปน (สารปนเปื้อน) พื้นผิวไม่เรียบตู้คอนเทนเนอร์ หากไม่มีพวกมัน น้ำก็จะคงอยู่ สถานะของเหลว- เมื่อกระบวนการตกผลึกเริ่มต้นขึ้น คุณสามารถชมน้ำเย็นจัดที่เย็นจัดจนกลายเป็นน้ำแข็งได้ในทันที

โปรดทราบว่าน้ำที่ "ร้อนยวดยิ่ง" ยังคงเป็นของเหลวอยู่แม้ว่าจะได้รับความร้อนเหนือจุดเดือดก็ตาม

3. 19 สถานะของน้ำ

โดยไม่ลังเล บอกชื่อน้ำมีกี่สถานะ? ถ้าคุณตอบสามข้อ: ของแข็ง ของเหลว แก๊ส แสดงว่าคุณคิดผิด นักวิทยาศาสตร์แยกแยะสถานะของน้ำได้อย่างน้อย 5 สถานะในรูปของเหลว และ 14 สถานะในรูปแบบแช่แข็ง

จำบทสนทนาเกี่ยวกับน้ำเย็นจัดได้ไหม? ดังนั้นไม่ว่าคุณจะทำอะไร ที่อุณหภูมิ -38 °C แม้แต่น้ำที่เย็นจัดที่สุดที่บริสุทธิ์ที่สุดก็จะกลายเป็นน้ำแข็งทันที จะเกิดอะไรขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลงอีก? ที่อุณหภูมิ -120 °C สิ่งแปลก ๆ เริ่มเกิดขึ้นกับน้ำ น้ำจะมีความหนืดสูงมากหรือหนืด เช่น กากน้ำตาล และที่อุณหภูมิต่ำกว่า -135 °C น้ำจะกลายเป็นน้ำ "คล้ายแก้ว" หรือ "น้ำคล้ายแก้ว" ซึ่งเป็นสารของแข็งที่ไม่มีผลึก โครงสร้าง.

4. น้ำทำให้นักฟิสิกส์ประหลาดใจ

ในระดับโมเลกุล น้ำเป็นสิ่งที่น่าประหลาดใจยิ่งกว่าเดิม ในปี 1995 การทดลองการกระเจิงนิวตรอนโดยนักวิทยาศาสตร์ให้ผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิด: นักฟิสิกส์ค้นพบว่านิวตรอนที่มุ่งเป้าไปที่โมเลกุลของน้ำ "เห็น" โปรตอนไฮโดรเจนน้อยกว่าที่คาดไว้ 25%

ปรากฎว่าด้วยความเร็วหนึ่งอัตโตวินาที (10 -18 วินาที) เอฟเฟกต์ควอนตัมที่ผิดปกติเกิดขึ้นและ สูตรเคมีน้ำแทน น้ำกลายเป็น H1.5O!

5. หน่วยความจำน้ำ

ทางเลือกแทนการแพทย์อย่างเป็นทางการ โฮมีโอพาธีย์ระบุว่าเป็นสารละลายเจือจาง ผลิตภัณฑ์ยาสามารถมีผลการรักษาต่อร่างกายได้แม้ว่าปัจจัยการเจือจางจะสูงจนไม่เหลืออะไรเลยในสารละลายยกเว้นโมเลกุลของน้ำ ผู้เสนอ homeopathy อธิบายความขัดแย้งนี้ด้วยแนวคิดที่เรียกว่า " หน่วยความจำน้ำ“ตามที่น้ำในระดับโมเลกุลมี “ความทรงจำ” ของสารซึ่งครั้งหนึ่งเคยละลายอยู่ในน้ำและยังคงรักษาคุณสมบัติของสารละลายของความเข้มข้นดั้งเดิมไว้ หลังจากที่ไม่มีส่วนผสมเหลือโมเลกุลเดียวอยู่ในนั้น

ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติที่นำโดยศาสตราจารย์แมดเดอลีน เอนนิส แห่งมหาวิทยาลัยควีนส์แห่งเบลฟัสต์ ซึ่งวิพากษ์วิจารณ์หลักการของโฮมีโอพาธีย์ ได้ทำการทดลองในปี 2545 เพื่อหักล้างแนวคิดนี้ทันทีและตลอดไป ผลลัพธ์ก็ตรงกันข้าม หลังจากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็ระบุว่าสามารถพิสูจน์ความเป็นจริงของผลกระทบได้” หน่วยความจำน้ำ- อย่างไรก็ตาม การทดลองที่ดำเนินการภายใต้การดูแลของผู้เชี่ยวชาญอิสระไม่ได้ผลลัพธ์ ข้อพิพาทเกี่ยวกับการดำรงอยู่ของปรากฏการณ์ " หน่วยความจำน้ำ"ดำเนินการต่อ.

น้ำมีคุณสมบัติที่ผิดปกติอื่นๆ อีกมากมายที่เราไม่ได้พูดถึงในบทความนี้ ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นของน้ำเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ (ความหนาแน่นของน้ำแข็งน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำ) น้ำมีแรงตึงผิวค่อนข้างสูง ในสถานะของเหลว น้ำเป็นเครือข่ายของกลุ่มน้ำที่ซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิก และเป็นพฤติกรรมของกลุ่มน้ำที่ส่งผลต่อโครงสร้างของน้ำ เป็นต้น

เกี่ยวกับสิ่งเหล่านี้และคุณสมบัติที่ไม่คาดคิดอื่น ๆ อีกมากมาย น้ำสามารถอ่านได้ในบทความ “ คุณสมบัติผิดปกติของน้ำ" ประพันธ์โดย Martin Chaplin ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยลอนดอน

นักวิจัยหลายคนได้หยิบยกและเสนอแนวทางของตนเองว่าทำไมน้ำร้อนถึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น ดูเหมือนจะเป็นเรื่องที่ขัดแย้งกัน - เพื่อแช่แข็ง น้ำร้อนจะต้องเย็นก่อน อย่างไรก็ตาม ข้อเท็จจริงนี้ยังคงเป็นข้อเท็จจริง และนักวิทยาศาสตร์ก็อธิบายเรื่องนี้ด้วยวิธีที่ต่างกันออกไป

รุ่นหลัก

บน ช่วงเวลานี้มีหลายเวอร์ชันที่อธิบายข้อเท็จจริงนี้:

1. เนื่องจากน้ำร้อนระเหยเร็วขึ้น ปริมาตรจึงลดลง และการแข็งตัวของน้ำปริมาณน้อยที่อุณหภูมิเดียวกันจะเกิดขึ้นเร็วกว่า
2. ช่องแช่แข็งของตู้เย็นมีแผ่นบุหิมะ ภาชนะที่บรรจุน้ำร้อนละลายหิมะที่อยู่ด้านล่าง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการสัมผัสความร้อนกับช่องแช่แข็ง
3. การแช่แข็งน้ำเย็นซึ่งแตกต่างจากน้ำร้อนเริ่มต้นที่ด้านบน ในเวลาเดียวกัน การพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อน ส่งผลให้การสูญเสียความร้อนแย่ลง
4. น้ำเย็นมีศูนย์กลางการตกผลึก - สารที่ละลายอยู่ในนั้น หากเนื้อหาในน้ำมีน้อย ไอซิ่งก็ทำได้ยาก แม้ว่าในขณะเดียวกันก็สามารถทำการทำความเย็นแบบซุปเปอร์คูลลิ่งได้ - เมื่อ อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์มันอยู่ในสถานะของเหลว

แม้ว่าในความเป็นธรรมเราสามารถพูดได้ว่าผลกระทบนี้ไม่ได้สังเกตเสมอไป บ่อยครั้งที่น้ำเย็นจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำร้อน

น้ำจะแข็งตัวที่อุณหภูมิเท่าใด

ทำไมน้ำถึงแข็งตัวเลย? ประกอบด้วยแร่ธาตุหรืออนุภาคอินทรีย์จำนวนหนึ่ง สิ่งเหล่านี้อาจเป็นอนุภาคขนาดเล็กมากของทราย ฝุ่น หรือดินเหนียว เมื่ออุณหภูมิอากาศลดลง อนุภาคเหล่านี้จะเป็นศูนย์กลางที่ผลึกน้ำแข็งก่อตัว

บทบาทของนิวเคลียสของการตกผลึกสามารถเกิดขึ้นได้จากฟองอากาศและรอยแตกในภาชนะที่บรรจุน้ำ ความเร็วของกระบวนการเปลี่ยนน้ำให้เป็นน้ำแข็งนั้นได้รับอิทธิพลอย่างมากจากจำนวนศูนย์กลางดังกล่าว - หากมีหลายแห่งของเหลวก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น ที่ สภาวะปกติด้วยความดันบรรยากาศปกติ น้ำจะเปลี่ยนจากของเหลวเป็นสถานะของแข็งที่อุณหภูมิ 0 องศา

สาระสำคัญของเอฟเฟกต์ Mpemba

เอฟเฟกต์ Mpemba เป็นสิ่งที่ขัดแย้งกัน โดยมีสาระสำคัญคือภายใต้สถานการณ์บางอย่าง น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น อริสโตเติลและเดส์การตส์สังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้ อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งปี 1963 Erasto Mpemba เด็กนักเรียนชาวแทนซาเนียตัดสินใจว่าไอศกรีมร้อนจะแข็งตัวในเวลาที่สั้นกว่าไอศกรีมเย็น ๆ เขาสรุปเรื่องนี้ขณะทำงานทำอาหารเสร็จ

เขาต้องละลายน้ำตาลในนมต้มแล้วเมื่อเย็นแล้วนำไปแช่ในตู้เย็นเพื่อแช่แข็ง เห็นได้ชัดว่า Mpemba ไม่ได้ขยันเป็นพิเศษและเริ่มทำงานส่วนแรกให้เสร็จช้า ดังนั้นเขาจึงไม่รอให้นมเย็นลงแล้วจึงนำไปแช่ในตู้เย็นที่ร้อน เขาประหลาดใจมากเมื่อมันแข็งตัวเร็วกว่าเพื่อนร่วมชั้นที่ทำงานตามเทคโนโลยีที่กำหนด

ข้อเท็จจริงนี้ทำให้ชายหนุ่มสนใจเป็นอย่างมาก และเขาเริ่มทดลองกับน้ำเปล่า ในปี 1969 วารสาร Physics Education ได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยของ Mpemba และศาสตราจารย์ Dennis Osborne แห่งมหาวิทยาลัย Dar Es Salaam เอฟเฟกต์ที่พวกเขาอธิบายนั้นถูกเรียกว่า Mpemba อย่างไรก็ตาม แม้กระทั่งทุกวันนี้ก็ยังไม่มีคำอธิบายที่ชัดเจนสำหรับปรากฏการณ์นี้ นักวิทยาศาสตร์ทุกคนเห็นพ้องกันว่าบทบาทหลักในเรื่องนี้มาจากความแตกต่างในคุณสมบัติของน้ำเย็นและน้ำร้อน แต่ยังไม่ทราบแน่ชัด

เวอร์ชั่นสิงคโปร์

นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแห่งหนึ่งในสิงคโปร์สนใจคำถามที่ว่าน้ำใดแข็งตัวเร็วกว่า - ร้อนหรือเย็น ทีมนักวิจัยที่นำโดยซี จาง อธิบายความขัดแย้งนี้อย่างแม่นยำด้วยคุณสมบัติของน้ำ ทุกคนรู้องค์ประกอบของน้ำจากโรงเรียน - อะตอมออกซิเจนและอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอม ออกซิเจนจะดึงอิเล็กตรอนออกจากไฮโดรเจนในระดับหนึ่ง ดังนั้นโมเลกุลจึงเป็น "แม่เหล็ก" ชนิดหนึ่ง

เป็นผลให้โมเลกุลบางชนิดในน้ำถูกดึงดูดเข้าหากันเล็กน้อยและรวมเป็นหนึ่งเดียวกันด้วยพันธะไฮโดรเจน ความแข็งแรงของมันต่ำกว่าพันธะโควาเลนต์หลายเท่า นักวิจัยชาวสิงคโปร์เชื่อว่าคำอธิบายของความขัดแย้งของ Mpemba นั้นอยู่ที่พันธะไฮโดรเจนอย่างแน่นอน ถ้าโมเลกุลของน้ำถูกวางชิดกันแน่นหนา ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างโมเลกุลอาจทำให้พันธะโควาเลนต์ที่อยู่ตรงกลางโมเลกุลเปลี่ยนรูปได้

แต่เมื่อน้ำร้อนขึ้น โมเลกุลที่จับกันจะเคลื่อนออกจากกันเล็กน้อย เป็นผลให้การคลายตัวของพันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นตรงกลางโมเลกุลพร้อมกับปล่อยพลังงานส่วนเกินและการเปลี่ยนไปสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่า สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าน้ำร้อนเริ่มเย็นลงอย่างรวดเร็ว โดย อย่างน้อยซึ่งแสดงโดยการคำนวณทางทฤษฎีที่ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวสิงคโปร์

น้ำแช่แข็งทันที - 5 เคล็ดลับที่น่าทึ่ง: วิดีโอ

British Royal Society of Chemistry เสนอรางวัล 1,000 ปอนด์แก่ใครก็ตามที่สามารถอธิบายได้ จุดทางวิทยาศาสตร์ทำความเข้าใจว่าทำไมในบางกรณีน้ำร้อนถึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น

“วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ยังคงไม่สามารถตอบคำถามที่ดูเหมือนเรียบง่ายนี้ได้ ผู้ผลิตไอศกรีมและบาร์เทนเดอร์ใช้เอฟเฟกต์นี้ในการทำงานประจำวัน แต่ไม่มีใครรู้ว่าทำไมมันถึงได้ผล ปัญหานี้ทราบกันมานานนับพันปี โดยนักปรัชญาเช่นอริสโตเติลและเดส์การตส์ก็คิดเรื่องนี้อยู่” ศาสตราจารย์เดวิด ฟิลลิปส์ ประธาน British Royal Society of Chemistry กล่าวในข่าวประชาสัมพันธ์ของ Society

พ่อครัวจากแอฟริกาเอาชนะศาสตราจารย์ฟิสิกส์ชาวอังกฤษได้อย่างไร

นี่ไม่ใช่เรื่องตลกในวันเอพริลฟูล แต่เป็นความจริงทางกายภาพอันโหดร้าย วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ซึ่งดำเนินการได้ง่ายกับกาแลคซีและหลุมดำ และสร้างเครื่องเร่งอนุภาคขนาดยักษ์เพื่อค้นหาควาร์กและโบซอน ไม่สามารถอธิบายได้ว่า "ทำงาน" ของน้ำเบื้องต้นได้อย่างไร หนังสือเรียนของโรงเรียนระบุอย่างชัดเจนว่าการจะทำให้ร่างกายที่ร้อนเย็นลงนั้นต้องใช้เวลามากกว่าการทำให้ร่างกายที่เย็นลง แต่สำหรับน้ำ กฎข้อนี้ไม่ได้ปฏิบัติตามเสมอไป อริสโตเติลดึงความสนใจไปที่ความขัดแย้งนี้ในศตวรรษที่ 4 ก่อนคริสต์ศักราช จ. นี่คือสิ่งที่ชาวกรีกโบราณเขียนไว้ในหนังสือ Meteorologica I ของเขา: “การที่น้ำถูกอุ่นจะทำให้น้ำแข็งตัว ดังนั้น หลายๆ คนเมื่อต้องการให้น้ำร้อนเย็นเร็วขึ้น ให้นำไปตากแดดก่อน…” ในยุคกลาง ฟรานซิส เบคอน และเรอเน เดการ์ต พยายามอธิบายปรากฏการณ์นี้ อนิจจาทั้งนักปรัชญาผู้ยิ่งใหญ่และนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่พัฒนาเทอร์โมฟิสิกส์แบบคลาสสิกไม่ประสบความสำเร็จในเรื่องนี้ดังนั้นข้อเท็จจริงที่ไม่สะดวกเช่นนี้จึงถูก "ลืม" มาเป็นเวลานาน

และในปี 1968 เท่านั้นที่พวกเขา "จำได้" ต้องขอบคุณเด็กนักเรียน Erasto Mpembe จากแทนซาเนียซึ่งห่างไกลจากวิทยาศาสตร์ใด ๆ ขณะที่เรียนที่โรงเรียนศิลปะการทำอาหารในปี 2506 Mpembe วัย 13 ปีได้รับมอบหมายให้ทำไอศกรีม ตามเทคโนโลยีจำเป็นต้องต้มนมละลายน้ำตาลแล้วทำให้เย็นลงที่อุณหภูมิห้องแล้วนำไปแช่ในตู้เย็นเพื่อแช่แข็ง เห็นได้ชัดว่า Mpemba ไม่ใช่นักเรียนที่ขยันและลังเล ด้วยกลัวว่าเรียนไม่ทันจึงเอานมร้อนใส่ตู้เย็น เขาประหลาดใจที่มันแข็งตัวเร็วกว่านมของสหายของเขาที่เตรียมไว้ตามกฎทั้งหมด

เมื่อ Mpemba แบ่งปันการค้นพบของเขากับครูฟิสิกส์ เขาก็หัวเราะเยาะเขาต่อหน้าทั้งชั้น Mpemba จำคำดูถูกนั้นได้ ห้าปีต่อมา เขาเป็นนักศึกษาอยู่ที่มหาวิทยาลัยในดาร์เอสซาลามอยู่แล้ว เขาได้เข้าร่วมการบรรยายโดยนักฟิสิกส์ชื่อดัง เดนิส จี. ออสบอร์น หลังจากการบรรยาย เขาถามนักวิทยาศาสตร์ว่า “ถ้าคุณนำภาชนะที่เหมือนกันสองใบและมีน้ำในปริมาณเท่ากัน ใบหนึ่งที่อุณหภูมิ 35 °C (95 °F) และอีกใบที่อุณหภูมิ 100 °C (212 °F) แล้ววางลงไป ในช่องแช่แข็งแล้วน้ำในภาชนะที่ร้อนจะแข็งตัวเร็วขึ้น ทำไม?" คุณคงจินตนาการถึงปฏิกิริยาของอาจารย์ชาวอังกฤษต่อคำถามของชายหนุ่มจาก Godforsaken Tanzania เขาล้อนักเรียน อย่างไรก็ตาม Mpemba พร้อมสำหรับคำตอบดังกล่าวและท้าทายนักวิทยาศาสตร์ให้เดิมพัน ข้อพิพาทของพวกเขาจบลงด้วยการทดสอบทดลองที่ยืนยันว่า Mpemba ถูกต้องและ Osborne พ่ายแพ้ ดังนั้น พ่อครัวฝึกหัดจึงได้เขียนชื่อของเขาไว้ในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ และจากนี้ไปปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "เอฟเฟกต์ Mpemba" เป็นไปไม่ได้ที่จะทิ้งมันไปเพื่อประกาศว่า "ไม่มีอยู่จริง" ปรากฏการณ์นี้มีอยู่จริง และดังที่กวีเขียนไว้ว่า “มันไม่เจ็บเลย”

อนุภาคฝุ่นและตัวถูกละลายเป็นโทษหรือไม่?

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา หลายคนพยายามไขปริศนาของน้ำที่กลายเป็นน้ำแข็ง มีการเสนอคำอธิบายมากมายสำหรับปรากฏการณ์นี้: การระเหย การพาความร้อน อิทธิพลของสารที่ละลาย - แต่ไม่มีปัจจัยใดที่สามารถพิจารณาว่าเป็นที่แน่ชัดได้ นักวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่งอุทิศทั้งชีวิตให้กับปรากฏการณ์ Mpemba ลูกจ้างกรมความปลอดภัยทางรังสี มหาวิทยาลัยของรัฐ James Brownridge ชาวนิวยอร์กซิตี้ศึกษาเรื่องความขัดแย้งในเวลาว่างมานานนับทศวรรษ หลังจากทำการทดลองหลายร้อยครั้ง นักวิทยาศาสตร์อ้างว่ามีหลักฐานของ "ความผิด" ของภาวะอุณหภูมิต่ำกว่าปกติ บราวน์ริดจ์อธิบายว่าที่อุณหภูมิ 0°C น้ำจะมีความเย็นยิ่งยวดเท่านั้น และเริ่มแข็งตัวเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่า จุดเยือกแข็งถูกควบคุมโดยสิ่งสกปรกในน้ำ - พวกมันเปลี่ยนอัตราการก่อตัวของผลึกน้ำแข็ง สิ่งเจือปน เช่น อนุภาคฝุ่น แบคทีเรีย และเกลือที่ละลายอยู่ มีอุณหภูมินิวเคลียสที่เป็นลักษณะเฉพาะเมื่อผลึกน้ำแข็งก่อตัวรอบๆ จุดศูนย์กลางการตกผลึก เมื่อมีองค์ประกอบหลายอย่างในน้ำพร้อมกัน จุดเยือกแข็งจะถูกกำหนดโดยองค์ประกอบที่มีมากที่สุด อุณหภูมิสูงการสร้างนิวเคลียส

สำหรับการทดลอง บราวน์ริดจ์ได้นำตัวอย่างน้ำ 2 ตัวอย่างที่มีอุณหภูมิเท่ากันแล้วนำไปแช่ในช่องแช่แข็ง เขาค้นพบว่าตัวอย่างชิ้นหนึ่งมักจะแข็งตัวต่อหน้าอีกชิ้นหนึ่งเสมอ - น่าจะเป็นเพราะ ชุดค่าผสมที่แตกต่างกันสิ่งสกปรก

Brownridge กล่าวว่าน้ำร้อนจะเย็นเร็วขึ้นเนื่องจากมีความแตกต่างกันมากขึ้นระหว่างอุณหภูมิของน้ำและช่องแช่แข็ง ซึ่งจะช่วยให้น้ำร้อนถึงจุดเยือกแข็งก่อนที่น้ำเย็นจะถึงจุดเยือกแข็งตามธรรมชาติ ซึ่งจะลดลงอย่างน้อย 5°C

อย่างไรก็ตาม การให้เหตุผลของ Brownridge ทำให้เกิดคำถามมากมาย ดังนั้นผู้ที่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ Mpemba ด้วยวิธีของตนเองจะมีโอกาสแข่งขันเพื่อเงินหนึ่งพันปอนด์จาก British Royal Society of Chemistry