مسلما انتطار داریم آب سرد زودتر از آب داغ دچار انجماد شود ولی تجربه وتحقیق نشان داده عکس این واقعیت صحیح است و آب داغ زودتراز آب سرد منجمد میشود.
قابل توجیه به نظر نمی رسد که آب ۷۰درجه سانتی گراد سریع تر از آب ۲۰درجه دچار انجماد شود به طور مثال اگر آب ۲۰ درجه به ۳۰ دقیقه وقت نیاز داشته باشدتا به دمای انجماد برسد ، آب ۷۰ درجه مدت زمان بیشتری نیاز دارد چون در ابتدا باید زمانی را صرف کند تا از ۷۰ درجه به ۲۰درجه برسد و سپس همان ۳۰ دقیقه را پشت سر بگذارد تا منجمد شود ولی واقعیت این است که وقتی آب از ۷۰ درجه به۲۰ درجه میرسد دچار تغییراتی می شود که پیامد این تغییرات می تواند منجر به این شود که زمان انجماد آن کوتاهتر شود. این پدیده، اثر امپمبا Mpemba effect نام دارد.
چنین پدیدهای، متناقض است، طی آزمایشات زیادی چنین چیزی مشاهده و ثبت شده است. در واقع قرنهاست که دانشمندان متوجه این پدیده شدهاند و دانشمندانی مثل ارسطو، بیکن و دکارت، سالها و قرنها پیش آن را توصیف کردهاند. (Olooms.ir)
چرا به این پدیده یعنی زودتر منجمد شدن آب داغ پدیده امپمبا می گویند ؟
تا سال ۱۹۶۹، یعنی زمانی که یک دانشآموز دبیرستانی تانزانیایی، به صورت تصادفی متوجه آن شد، این پدیده توسط دانش مدرن امروزیمان مورد بررسی قرار نگرفته بود.
به پدیده زودتر یخ زدن آب گرم نسبت به آب سرد، البته تحت شرایطی خاص اثر امپمبا Mpemba effect گفته میشود.
نخستین بار ارسطو ۳۰۰ سال قبل از میلاد مسیح متوجه این پدیده شد. دانشمندان قرون وسطی، زمانی که میخواستند تئوری گرما را تبیین کنند، متوجه این پدیده شدند. در سال ۱۴۶۱، فیزیکدانی به نام جیووانی مارلیانی، ۴ اونس آب حراتدیده و آب معمولی را برای یخ زدن در بیرون قرار داد و در کمال تعجب مشاهده کرد که آب گرمتر، زودتر یخ بسته است، اما نتوانست توجیهی برای این مشاهده خود پیدا کند.
اما زمانی که تئوری مدرن گرما، توسط دانشمندان مختلف تبیین شد، (Olooms.ir) پیده امپمبا به کلی فراموش شد، اما ۵۰۰ سال بعد از آزمایش مارلیانی و بیشتر از ۲ هزاره بعد از ارسطو، این پدیده بار دیگر به صورت اتفاقی مشاهده شد.
این بار یک دانشآموز دبیرستانی تانزانیایی متوجه قضیه شد، داستان مشاهده او در مجله علمی نیوساینتیست به چاپ رسید.در سال ۱۹۶۳، این دانشآموز که امپمبا نام داشت، به همراه دانشآموزهای دیگر برای مراسمی تدارک دیده بودند و میخواستند بستنی درست کنند. برای درست کردن بستنی همانطور که می دانید شیر جوشیده شدهای که به آن شکر اضافه شده،باید یخ بزند. امپمبا هم منتظر بود که ظرف شیر و شکرش سرد شود تا بتواند آن را داخل یخچال بگذارد. اما او عجله داشت و از طرفی میدید که اگر زود نجنبد، دانشآموزهای دیگر زودتر از او ظرف هایشان را در یخچال میگذارند و جایی برای ظرف او باقی نمیماند، به همین علت ظرف سرد نشدهاش را در یخچال گذاشت. اما او در کمال تعجب مشاهده کرد، که زودتر از دانشآموزهای دیگر که ظرف شیر و شکر سرد را در یخچال گذاشته بودند، موفق به تهیه بستنی شده است.
دبیر فیزیک او هم در کلاس بود، امپمبا که تعجب کرده بود، در این مورد از دبیرش پرسید، اما دبیر فیزیک او گفت که او ممکن است اشتباهی کرده باشد.
امپمبا اول کنجکاوی بیشتر نکرد و با همین توضیح قانع شد، اما مدتی بعد از یکی از دوستانش که در شهر تانگا بستنیفروشی میکرد، شنید که او برای اینکه زودتر موفق به تهیه بستنی شود، ظرف سردنشده را مستقیما داخل یخچال میگذارد. به علاوه امپمبا متوجه شد که همه بستنیفروشهای تانگا، همین کار دوستش را میکنند.
مدتی بعد در دبیرستان، امپمبا سؤالش را مطرح کرد، اما معلمش حاضر به قبول آن نشد و به شوخی گفت که این چینن چیزی را فقط فیزیک امپمیا میگوید و نمیتوان نشانی از آن در دانش فیزیک جهانی پیدا کرد. اما امپمبا مجددا در آزمایشگاه زیستشناسی، این پدیده را با استفاده از ظرف آب گرم و سرد تکرار کرد و دوباره به همان نتیجه سابق رسید.
مدتی بعد یک استاد فیزیک به نام دکتر آزبورن از دبیرستان امپمبا بازید کرد، امپمبا از فرصت استفاده کرد و از دکتر آزبورن هم در مورد این پدیده پرسید. آزبورن توجهی نداشت ولی به امپمبا قول داد، این مورد را بررسی کند. آزبورن از یک تکنسین آزمایشگاه خواست که این پدیده را امتحان کند، او هم به همان نتیجه امپمبا رسید. سرانجام در سال ۱۹۶۹، مشاهدات امپمیا و دکتر ازبورن به چاپ رسید و پدیده زودتر یخ زدن آب گرم، به اثر امپمبا، موسوم شد.
شرایطی که تحت آن پدیده امپمبا را میتوان مشاهده کرد، بسیار خاص هستند، شکل یخچال یا منبع سردکننده، شکل ظرف، ناخالصی و میزان گاز موجود در آب، همه در رخ دادن اثر امپمبا مؤثر هستند. (Olooms.ir)
به عبارت بهتر دلیل واحدی برای پدیده امپمبا وجود ندارد و عوامل مختلفی در ایجاد این پدیده موثر هستند این دلایل عبارتند از :
۱- تبخیر: فرض کنید، دو ظرف حای آب ۷۰ درجه و آب ۳۰ درجه داریم و آنها را سرد میکنیم. هنگامی که آب گرمتر سرد میشود، مقداری از حجم آن تبخیر میشود، این مقدار حجم تبخیر شده آب از ۲ راه باعث تسهیل یخ زدن آب گرمتر میشود:
الف – مقدار جرم آب گرمتر را کم میکند.
ب- برای تبخیر نیاز به مقداری گرما است، آب تبخیر شده این گرما را از آب مایع میگیرد.
البته بدیهی است که تبخیر، به تنهایی نمی تواند اثر امپمبا را توجیه کند.
۲- گازهای حل شده در آب: هر چقدر آب گرمتر باشد، میزان گاز حل شده کمتری در خود دارد، بنابراین جریانهای همرفتی در آن تسهیل میشود و آب به صورت یکنواختتری خنک میشود. به علاوه آبی که گاز کمتری دارد، نیار به از دست مقدار کمتری گرما برای تبدیل شدن به یخ دارد.
۳- اثر سطح داغ: وقتی آب گرمتر سرد میشود، جریانهای همرفتی در آن به وجود میآید و توزیع گرما در آن به صورت یکنواخت نخواهد بود. چینن چیزی باعث میشود که یک لایه آب گرم در بالای لایه آب سرد در آن ایجاد شود. به این پدیده اثر سطح داغ میگویند. این دو لایهای شدن آب گرمتر، باعث میشود که سرعت خنک شدن آن نسبت به آب در ابتدا سردتر، بیشتر شود.
۴- اثر بر محیط اطراف: محیط اطراف ظرفهای حاوی آب گرم و آب سردتر، هم بر یخ زدن آبها اثر میگذارد. مثلا اگر آب گرم و سرد، هر دو روی لایهای از یخ در یخچال قرار داده شوند، آب گرمتر ممکن است، در ابتدا باعث ذوب شدن مقداری یخ شود و در یخ فرو رود و در نتیجه شرایط بهتری برای یخ زدن پیدا کند.
پدیده امپمبا
- یکی از دونفر
محل اقامت: تهران
عضویت : جمعه ۱۳۹۲/۴/۲۱ - ۱۵:۱۸
پست: 109-
سپاس: 52
Re: امپمبا
امپمبا یه دانش اموز افریقایی هست که این قضیه رو کشف کرد . این قضیه ثابت می کنه که اب داغ زود تر از اب گرم ، سرد میشه . این مسئله به این علت است که اب جوش سرعت از دست دادن گرما بیشتری دارد و به همین دلیل زود سرد می شود .
- ehsan.helli1
نام: احسان
محل اقامت: تهران
عضویت : جمعه ۱۳۹۰/۱۰/۳۰ - ۲۱:۳۰
پست: 1688-
سپاس: 624
- جنسیت:
تماس:
Re: امپمبا
کاملا اشتباه گفتید!اولا که هیچ اثباتی در کار نیست و فقط تجربیه دوما که این قضییه میگه اب سرد زود تر از اب داغ به جوش میاد!امیرکاوه نوشته شده:امپمبا یه دانش اموز افریقایی هست که این قضیه رو کشف کرد . این قضیه ثابت می کنه که اب داغ زود تر از اب گرم ، سرد میشه . این مسئله به این علت است که اب جوش سرعت از دست دادن گرما بیشتری دارد و به همین دلیل زود سرد می شود .
Re: امپمبا
جالبه . من فکر میکنم حرف شما غلط هست . من عین این قضیه رو از یک معلم برتر کشوری شنیدم . با گوش های خودم . راستی منظور من از اثبات ، استدلال نبود ، بلکه منظورم یافته های این دانش اموز هست . نه چیز دیگری .ehsan.helli1 نوشته شده:کاملا اشتباه گفتید!اولا که هیچ اثباتی در کار نیست و فقط تجربیه دوما که این قضییه میگه اب سرد زود تر از اب داغ به جوش میاد!امیرکاوه نوشته شده:امپمبا یه دانش اموز افریقایی هست که این قضیه رو کشف کرد . این قضیه ثابت می کنه که اب داغ زود تر از اب گرم ، سرد میشه . این مسئله به این علت است که اب جوش سرعت از دست دادن گرما بیشتری دارد و به همین دلیل زود سرد می شود .
Re: امپمبا
فکر می کنم جواب پایینی کامل تر باشه . حالا شما خودت قضاوت کن حرف کدوممون درسته :
آیا واقعیت دارد که آب گرم زود تر از آب سرد يخ مي بندد؟
اگرچه اين پديده باورکردني نيست، اما حقيقت دارد. اين پديده فيزيکي باورنکردني واقعا در يخچال خانه*ها اتقاق مي*افتد. اين پديده براي دانشمندان غافلگير کننده بود اما حقيقت داشت. شايد فکرکنيد اين پديده جالب جديد است، اما اين موضوع را از زمان ارسطو مي*دانستند و افرادي مانند ارسطو ، بيکن و دکارت مطالعاتي روي آن انجام داده بودند اما اين پديده تاسال 1969عملا در تحقيقات علم مدرن وارد نشده بود. در اين سال دانش آموزان مدرسه*اي در تانزانيا نسبت به اين پديده کنجکاو شده و آزمايش هايي روي آن انجام دادند و نام آن را امپمبا گذاشتند.
منظور از امپمبا چيست؟
اگر درون دو ظرف که شکل و جنس کاملا يکساني دارند، مقدار آب کاملا مساوي ريخته شود و اختلاف دماي آن*ها حدود 20 يا 30 درجه سلسيوس باشد و آن*ها را با دقت بسيار زياد و با يک روش سرد کنيد، مشاهده خواهيد کرد که آب گرم زودتر از آب سرد يخ مي*بندد و ما امپمبا را مشاهده خواهيم کرد. براي بررسي دلايل اين پديده توجه به موارد زير ضروري است:
اگر شما دوظرف آب با دماي داشته باشيد، گرچه دماي آن دوظرف يکسان است اما ممکن است خصوصيات بسيار متفاوتي داشته باشند. به عنوان نمونه يکي دماي جداره اش بسيار سرد و دماي مرکزش بسيار گرم است، در حاليکه ديگري دماي تمام نقاطش يکسان است. در واقع دماسنج ميانگين دما را تعيين مي کند. يا اين که آب گرمي که تا خنک شده باشد با آبي که از ابتدا بوده است، بسيار متفاوت است. چرا ؟ ممکن است جرمش کم شود يا اين که جريان*هاي همرفتي سبب ايجاد يک توزيع ناهمگون در آب شوند . حتي ممکن است آب گرم تغييراتي در محيط اطراف خود يا ظرف به وجود آورد .
حال به بررسي دلايل مي پردازيم:
1- فرض نماييد که اگردرون دو ظرف که شکل و جنس کاملا يکساني دارند ، با مقدار آب کاملا مساوي ريخته شود و تفاوت دماي آن*ها حدود 20 يا 30 درجه سلسيوس باشد و آن ها را با دقت بسيار زياد و با يک روش مي*خواهيم سرد کنيم تا دماي آن ها به صفر برسد:
هنگام سرد شدن آب گرم ممکن است بخش قابل توجهي از آن بخار شود . اين تبخير دو تاثير در جريان خنک شدن آب مي*گذارد. اول اين که جرم آب کم مي*شود، پس خنک شدن آن راحت*تر و سريع*تر مي شود و دوم اين که براي عمل تبخير نياز به گرما مي باشد و اين گرما را از محيط اطراف خود مي*گيرد در نتيجه آب باقيمانده سريع تر سرد مي شود. تبخير بدون ترديد يک عامل مهم توضيح پديده امپمبا است. اما تنها دليل نيست زيرا پديده تبخير نمي تواند مواردي از امپمبا را که در ظرف هاي در بسته انجام مي*شود را توجيه کند.
2- مي*دانيد که انحلال پذيري گاز ها با افزايش دما در آب کمتر مي شود. آب داغ گاز کمتري را نسبت به آب سرد در خود به صورت محلول دارد. اين موضوع مي تواند سبب آسانتر شدن همرفتي در آب گرم شود و آب گرم به طور يکنواخت تري خنک شود يا شايد بر اثر اين پديده گرماي لازم که بايد از واحد جرم آب گرفته شود تا آب گرم يخ ببندد ، نسبت به آب سرد کاهش يابد. گرچه بسياري از آزمايشگران طرفدار اين توجيه هستند، اما تاکنون هيچ روش محاسبه*اي براي آن ارائه نشده است.
3- احتمالا هنگامي که آب سرد مي*شود، جريان*هاي همرفتي گسترش مي يابند و ديگر يک توزيع يکنواخت حرارت در حجم آب نخواهيم داشت. مي*دانيم که چگالي با افزايش دما کاهش مي*يابد و به همين دليل سطح آب از ته آن گرم تر است. آب گرم چگالي کمتري دارد، پس سبکتر است و روي آب سرد که سنگينتر است قرار مي گيرد. اين پديده ( اثر سطح داغ ) ناميده مي*شود . مي*دانيم که حرارت آب از سطحش به بيرون منتقل مي*شود . پس آب با سطح داغ ، حرارتش را سريع تر از آنچه انتظار داريم از دست مي*دهد. وقتي آب گرم اوليه خنک مي*شود، ممکن است به دليل جريان هاي همرفتي يک سطح داغ در آن ايجاد شود. پس سرعت خنک شدن آن از سرعت خنک شدن آب سرد اوليه در دماي ميانگين يکسان بيشتر مي شود.
4 -ايجاد تغيير در محيط : تفاوت نهايي بين سرد کردن آب گرم و آب سرد به خود آب مربوط نمي*شود، بلکه به محيط اطراف بستگي دارد. آب گرم ممکن است در محيط اطراف خود تغييراتي ايجاد کند که در کل روند سرد کردن تاثير بگذارد . براي نمونه اگر ظرف ها را روي لايه*اي از يخ بگذاريم، ظرفي که داراي آب گرم است مي*تواند يک لايه از يخ زير خود را ذوب و در حقيقت در آب صفر درجه ي حاصل قرار گيرد و تماس بهتري با سطح خنک کننده برقرار کند و انتقال حرارت راحت تر صورت گيرد.
گرچه به ذکر دلايلي براي توجيه اين پديده اشاره گرديد، اما هنوز هيچ توضيح قابل قبول و ثابت شده*اي براي اين پدِيده وجود ندارد.
نويسنده: Monwhea,Yeng از دانشگاه كاليفرنيا، برگردان: مهندس مرتضي خلينا
منبع :http://www.irysc.com/forum/t4/
آیا واقعیت دارد که آب گرم زود تر از آب سرد يخ مي بندد؟
اگرچه اين پديده باورکردني نيست، اما حقيقت دارد. اين پديده فيزيکي باورنکردني واقعا در يخچال خانه*ها اتقاق مي*افتد. اين پديده براي دانشمندان غافلگير کننده بود اما حقيقت داشت. شايد فکرکنيد اين پديده جالب جديد است، اما اين موضوع را از زمان ارسطو مي*دانستند و افرادي مانند ارسطو ، بيکن و دکارت مطالعاتي روي آن انجام داده بودند اما اين پديده تاسال 1969عملا در تحقيقات علم مدرن وارد نشده بود. در اين سال دانش آموزان مدرسه*اي در تانزانيا نسبت به اين پديده کنجکاو شده و آزمايش هايي روي آن انجام دادند و نام آن را امپمبا گذاشتند.
منظور از امپمبا چيست؟
اگر درون دو ظرف که شکل و جنس کاملا يکساني دارند، مقدار آب کاملا مساوي ريخته شود و اختلاف دماي آن*ها حدود 20 يا 30 درجه سلسيوس باشد و آن*ها را با دقت بسيار زياد و با يک روش سرد کنيد، مشاهده خواهيد کرد که آب گرم زودتر از آب سرد يخ مي*بندد و ما امپمبا را مشاهده خواهيم کرد. براي بررسي دلايل اين پديده توجه به موارد زير ضروري است:
اگر شما دوظرف آب با دماي داشته باشيد، گرچه دماي آن دوظرف يکسان است اما ممکن است خصوصيات بسيار متفاوتي داشته باشند. به عنوان نمونه يکي دماي جداره اش بسيار سرد و دماي مرکزش بسيار گرم است، در حاليکه ديگري دماي تمام نقاطش يکسان است. در واقع دماسنج ميانگين دما را تعيين مي کند. يا اين که آب گرمي که تا خنک شده باشد با آبي که از ابتدا بوده است، بسيار متفاوت است. چرا ؟ ممکن است جرمش کم شود يا اين که جريان*هاي همرفتي سبب ايجاد يک توزيع ناهمگون در آب شوند . حتي ممکن است آب گرم تغييراتي در محيط اطراف خود يا ظرف به وجود آورد .
حال به بررسي دلايل مي پردازيم:
1- فرض نماييد که اگردرون دو ظرف که شکل و جنس کاملا يکساني دارند ، با مقدار آب کاملا مساوي ريخته شود و تفاوت دماي آن*ها حدود 20 يا 30 درجه سلسيوس باشد و آن ها را با دقت بسيار زياد و با يک روش مي*خواهيم سرد کنيم تا دماي آن ها به صفر برسد:
هنگام سرد شدن آب گرم ممکن است بخش قابل توجهي از آن بخار شود . اين تبخير دو تاثير در جريان خنک شدن آب مي*گذارد. اول اين که جرم آب کم مي*شود، پس خنک شدن آن راحت*تر و سريع*تر مي شود و دوم اين که براي عمل تبخير نياز به گرما مي باشد و اين گرما را از محيط اطراف خود مي*گيرد در نتيجه آب باقيمانده سريع تر سرد مي شود. تبخير بدون ترديد يک عامل مهم توضيح پديده امپمبا است. اما تنها دليل نيست زيرا پديده تبخير نمي تواند مواردي از امپمبا را که در ظرف هاي در بسته انجام مي*شود را توجيه کند.
2- مي*دانيد که انحلال پذيري گاز ها با افزايش دما در آب کمتر مي شود. آب داغ گاز کمتري را نسبت به آب سرد در خود به صورت محلول دارد. اين موضوع مي تواند سبب آسانتر شدن همرفتي در آب گرم شود و آب گرم به طور يکنواخت تري خنک شود يا شايد بر اثر اين پديده گرماي لازم که بايد از واحد جرم آب گرفته شود تا آب گرم يخ ببندد ، نسبت به آب سرد کاهش يابد. گرچه بسياري از آزمايشگران طرفدار اين توجيه هستند، اما تاکنون هيچ روش محاسبه*اي براي آن ارائه نشده است.
3- احتمالا هنگامي که آب سرد مي*شود، جريان*هاي همرفتي گسترش مي يابند و ديگر يک توزيع يکنواخت حرارت در حجم آب نخواهيم داشت. مي*دانيم که چگالي با افزايش دما کاهش مي*يابد و به همين دليل سطح آب از ته آن گرم تر است. آب گرم چگالي کمتري دارد، پس سبکتر است و روي آب سرد که سنگينتر است قرار مي گيرد. اين پديده ( اثر سطح داغ ) ناميده مي*شود . مي*دانيم که حرارت آب از سطحش به بيرون منتقل مي*شود . پس آب با سطح داغ ، حرارتش را سريع تر از آنچه انتظار داريم از دست مي*دهد. وقتي آب گرم اوليه خنک مي*شود، ممکن است به دليل جريان هاي همرفتي يک سطح داغ در آن ايجاد شود. پس سرعت خنک شدن آن از سرعت خنک شدن آب سرد اوليه در دماي ميانگين يکسان بيشتر مي شود.
4 -ايجاد تغيير در محيط : تفاوت نهايي بين سرد کردن آب گرم و آب سرد به خود آب مربوط نمي*شود، بلکه به محيط اطراف بستگي دارد. آب گرم ممکن است در محيط اطراف خود تغييراتي ايجاد کند که در کل روند سرد کردن تاثير بگذارد . براي نمونه اگر ظرف ها را روي لايه*اي از يخ بگذاريم، ظرفي که داراي آب گرم است مي*تواند يک لايه از يخ زير خود را ذوب و در حقيقت در آب صفر درجه ي حاصل قرار گيرد و تماس بهتري با سطح خنک کننده برقرار کند و انتقال حرارت راحت تر صورت گيرد.
گرچه به ذکر دلايلي براي توجيه اين پديده اشاره گرديد، اما هنوز هيچ توضيح قابل قبول و ثابت شده*اي براي اين پدِيده وجود ندارد.
نويسنده: Monwhea,Yeng از دانشگاه كاليفرنيا، برگردان: مهندس مرتضي خلينا
منبع :http://www.irysc.com/forum/t4/
Re: امپمبا
خوب وقتی که آب یخ میزنه(با هردمای اولیه ای) حجمش زیاد میشه, اینجا برای این تغییرحجم فرقی بین آب داغ و آب سرد هست؟؟ یعنی ممکنه یکیشون بعداز یخ زدن تغییرحجمش بیشتر از اون یکی باشه؟یا برابره؟!