انجماد آب گرم و سرد اثر Mpemba

انجماد آب گرم و سرد

اگردو ظرف آب، يكي با آب °C 95 و ديگري با همان مقدار آب با دمايC ° 50 را دريك روز سرد در بيرون از اتاق بگذاريد، آب داغ سريع تر يخ مي زند. چرا؟
اين پديده به اثر Mpemba معروف است (Mpemba يك دانشجوي تانزانيايي كهاولين بار در سال 1969 اين پديده را كشف كرد. اين اثر در هر دمايي اتفاقنمي افتد. اگر دماها ي شروع به قدر كافي بالا باشد اين پديده مشاهده ميشود  .

ادامه را ببینید:

ينموضوع تا حد زيادي بستگي به تبخير دارد، علاوه بر اين عامل هايي همچوندما، جنبش مولكول هاي آب، گازهاي محلول در آب و … نيز مؤثرند.

دردماهاي بالا تبخير اهميت بيشتري دارد. اگر دو ظرف آب با جرم مساوي در دودماي متفاوت قرار داده شوند، تبخير از آب گرم تر بيشتر است. و جرم آب گرمآنقدر كم مي شود كه زمان كمتري براي انجماد لازم داشته باشد. آب °C 100 هنگام سرد شدن 16 درصد جرمش را از دست مي دهد تا به دماي صفر درجه برسد وهنگام انجماد 12 درصد ديگر را از دست مي دهد كه در مجموع 26 درصد مي شود. در نتيجه سرد شدن توسط تبخير تأثير بيشتري دارد، ابتدا جرم كاهش مي يابدطوري كه سرماي كمتري نياز دارد. همچنين فرايند تبخير گرم ترين مولكول هارا از آب خارج مي كند و به مقدار قابل توجهي از انرژي جنبشي مولكول هايباقي مانده مي كاهد.

هنگاميكه آب سرد شروع به انجماد مي كند، لايه ي نازك يخ روي سطح آب مانند يكعايق عمل كرده و لايه هاي زيرين آب را از يخ زدن سريع محافظت كرده وفرايند انجماد كندتر مي شود. اما در آب گرم، انتقال گرما سبب مي شود كهلايه ي يخ ذوب شده و آب سريع تر سرد شود. تبخير عاملي است كه اجازه مي دهدآب گرم زود منجمد شود. بخار حاصل از آب گرم بيشتر از آب سرد است پس تبخيرنه تنها مقداري از جرم آب را كم مي كند و باعث مي شود مقدار كمي آب منجمدگردد، بلكه سبب مي شود دماي ظرف آب گرم به خاطر از دست دادن گرما كاهشيابد. همچنين آب گرم شديدتر از آب سرد گرما را از طريق سطح آب و ديوارههاي ظرف منتشر مي كند. تبخير يك فرايند سرد شدن است و آب گرم سريع ترتبخيرمي شود و سرعت اتلاف گرما در آن بيشتر است.

درسال 1977 مجله ي آمريكايي Scientific- خاطر نشان كرد كه گازهاي محلول درآب نيز سرعت سرد شدن آب را كم مي كنند. گرما گازهاي محلول در آب را خارجمي كند. آب نسبتاً خالص ( با گازها و ناخالصي هاي برطرف شده ) تا چند درجهزير صفر سرد شده و سپس يخ مي زند. اين پديده به نام سرماي زير نقطه يانجماد (supercooling) شناخته شده است. آب همواره داراي مقداري گاز محلولمانند O₂ و CO₂ است. اين ناخالصي ها دماي انجماد را كاهش مي دهند. وقتي كهآب گرم مي شود گازها خارج مي شوند زيرا حلاليت گازها در آب گرم كم است، پسهنگامي كه آب گرم، سرد مي شود گاز محلول در آن كمتر از موقعي است كه آبسرد باشد. در نتيجه دماي انجماد بالاتر رفته و زودتر منجمد مي شود. البتهجنس ظرف آب هم مؤثر است. سردشدن در يك ظرف چوبي بيشتر توسط تبخير مي باشدچون رسانايي گرمايي ضعيفي دارد. يك ظرف چوبي داراي آب °C 100 زمان كمترينسبت به همان حجم آب در دماي اتاق لازم دارد. اما اگر ظرف فلزي باشد، ازاطراف ظرف گرماي قابل ملاحظه اي منتقل شده و تبخير عامل تعيين كننده برايسرد شدننمي باشد.

منبع:

1..Scientific American , Vol . 237 , pp 246-257 , 1977

2. American Journal of Physics , Vol . 37 , pp 564-565 , 1969

3. www.vacets.org/sfe/hotwater.htm