Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ыстық судың суыққа қарағанда тез қатуының табиғи құбылысы Мпемба эффектісі деп аталады. Бұл эффектінің мәні – бастапқыда ыстық сұйықтық (көбінесе су) басқа жағдайлар бірдей болғанда, суық сұйықтықтан гөрі жылдам қатуы мүмкін екендігінде. Оның теориялық негізі және осы эффектіні тудыру үшін қажетті шарттар туралы пікірлер әртүрлі. Мпемба эффектісі 1963 жылы орта мектеп оқушысы кезінде осы құбылысты сипаттаған Танзаниялық ғалым Эрасто Бартоломео Мпембаның есімімен аталған. Осы эффектінің алғашқы ашылуы мен байқаулары көне заманға дейін барады; Аристотель бұл бәріне белгілі нәрсе деп айтқан.
Natural phenomenon that hot water freezes faster than cold
The Mpemba effect is the name given to the observation that a liquid (typically water) which is initially hot can freeze faster than the same liquid which begins cold, under otherwise similar conditions. There is disagreement about its theoretical basis and the parameters required to produce the effect. The Mpemba effect is named after Tanzanian scientist Erasto Bartholomeo Mpemba, who described it in 1963 as a secondary school student. The initial discovery and observations of the effect originate in ancient times; Aristotle said that it was common knowledge.
Анықтама
Бұл құбылысты "қайнаған су суық судан тез мұздайды" деп түсінгенде, оны қайта жасау немесе растау қиын, өйткені ол дұрыс анықталмаған. Тіпті Женгтің анықтамасымен, "мұздау" судың көзге көрінетін мұз қабатын қалыптастыратын нүктесін білдіре ме, судың барлық көлемі мұздың қатты блогына айналатын нүктесін білдіре ме, әлде су Аристотельдің түсіндірмесіндегідей антиперистазисқа жеткенде ме – "қайшы сапамен оралатындықтан сапаның күшін күшейту" дейді. Фрэнсис Бэкон "біршама жылы су, толыққанды суық судан гөрі тез қатып қалады" деп атап көрсетті. Рене Декарт өзінің "Әдістеме туралы эссесінде" бұл құбылысты өзінің айналмалы қозғалыс теориясымен байланыстыра отырып, былай деп жазды: "Тәжірибе көрсеткендей, ұзақ уақыт отта қайнатылған су басқа судан тез мұздайды, себебі оның бұрылуын тоқтатуға ең нашар қабілетті бөлшектері су қайнағанда буланып кетеді". Шотландиялық ғалым Джозеф Блэк бұл құбылыстың ерекше жағдайын зерттеді, бұрын қайнатылған суды қайнатылмаған сумен салыстырды; ол бұрын қайнатылған судың тез мұздағанын анықтады. Булануды бақылауға алды. Ол эксперимент нәтижелеріне араластырудың әсерін талқылап, қайнатылмаған суды араластырудың бұрын қайнатылған сумен бірдей уақытта мұздап қалуына, ал өте суық қайнатылмаған суды араластырудың дереу мұздап қалуына әкелетінін атап өтті. Джозеф Блэк кейін Дэниел Габриэль Фаренгейттің судың қатты суытуын сипаттағанын талқылап, бұрын қайнатылған судың оңай суытылмайтынын дәлелдеді.
The phenomenon, when taken to mean "hot water freezes faster than cold", is difficult to reproduce or confirm because it is ill defined. Even with Jeng's definition, it is not clear whether "freezing" refers to the point at which water forms a visible surface layer of ice, the point at which the entire volume of water becomes a solid block of ice, or when the water reaches Aristotle's explanation involved antiperistasis: " the supposed increase in the intensity of a quality as a result of being surrounded by its contrary quality." Francis Bacon noted that "slightly tepid water freezes more easily than that which is utterly cold." René Descartes wrote in his Discourse on the Method, relating the phenomenon to his vortex theory: "One can see by experience that water that has been kept on a fire for a long time freezes faster than other, the reason being that those of its particles that are least able to stop bending evaporate while the water is being heated." Scottish scientist Joseph Black investigated a special case of the phenomenon by comparing previously boiled with unboiled water; he found that the previously boiled water froze more quickly. Evaporation was controlled for. He discussed the influence of stirring on the results of the experiment, noting that stirring the unboiled water led to it freezing at the same time as the previously boiled water, and also noted that stirring the very cold unboiled water led to immediate freezing. Joseph Black then discussed Daniel Gabriel Fahrenheit's description of supercooling of water, arguing that the previously boiled water could not be as readily supercooled.
Мпембаның байқауы
Эффекттің аты танзаниялық ғалым Эрасто Мпембаның есімімен аталған. Ол 1963 жылы Танганьикадағы Магамба орта мектебінің 3-сыныбында осы құбылысты сипаттады; ас дайындау сабағында ыстық балмұздақ қоспасын мұздату кезінде, ол суық қоспадан бұрын мұздағанын байқады. Кейіннен Ирингадағы Мквава орта мектебінде (бұрынғы Жоғары мектеп) оқыды. Мектеп директоры Дар-эс-Салам университетінің профессоры Денис Осборнды физика бойынша лекция оқуға шақырды. Лекциядан кейін Мпемба одан: "Егер сіз екі бірдей ыдысқа тең көлемде суды салсаңыз, бірін 0,5°C, екіншісін 0,6°C температурада, және оларды тоңазытқышқа қойсаңыз, бастапқы температурасы жоғарырақ болған ыдыс бірінші болып қатаяды. Неге?" деп сұрады. Мпембаны сыныптастары да, мұғалімі де әуелі қысымға алды. Алайда, бастапқыда қорқынышқа ұшырағаннан кейін Осборн өз жұмыс орнында осы мәселе бойынша тәжірибе жүргізіп, Мпембаның тұжырымын растады. 1969 жылы Мпемба Африканың жабайы табиғатты басқару колледжінде оқып жүргенде, олар осы зерттеудің нәтижелерін жариялады. Мпемба мен Осборн су үлгілерін үйдегі тоңазытқыштың мұздатқыш бөліміндегі стақандарға, полистирол көбік табақшаға қоюын сипаттады. Олар қату процесінің ең ұзаққа созылуын бастапқы температурасы 0,5°C болғанда байқады және шамамен 0,6°C температурада ол айтарлықтай қысқарды. Олар булану арқылы сұйықтық көлемінің азаюын және еріген ауаның әсерін маңызды факторлар ретінде жоққа шығарды. Олардың құрылғысында жылудың көп бөлігі сұйықтық бетінен жоғалғаны анықталды. 2016 жылы Бурридж пен Линден критерийді 0°C температураға жету уақыты ретінде анықтады, тәжірибелер жүргізді және осы уақытқа дейін жарияланған зерттеулерді қарастырды. Олар бастапқыда айтылған үлкен айырмашылықтың қайталанбағанын және шағын әсерді көрсететін зерттеулерге термометрлердің орналасуындағы өзгерістердің әсер етуі мүмкін екенін атап өтті: "Өкінішке орай, Мпемба эффектісінің мағыналы байқауларын қолдайтын ешқандай дәлел жоқ деп қорытындылаймыз". Мпемба эффектісін растайтын тәжірибелік нәтижелер кемшіліктері үшін сынға алынды, еріген қатты заттар мен газдар және басқа да бөгеттеуші факторлар ескерілмеді. Physics World журналының сарапшысы Филип Болл былай деп жазды: "Мпемба эффектісі шын болса да, егер ыстық су кейде суық судан тез қатып қалса, онда түсіндірме қарапайым немесе маңызды бола ма, жоқ па, ол әлі белгісіз". New Scientist журналы экспериментті максималды әсер алу үшін ыдыстарды 0,05°C және 0,6°C температурадан бастауды ұсынады. Осыған байланысты жүргізілген зерттеуде тоңазытқыш температурасы Мпемба құбылысын байқау ықтималдығына, ыдыс температурасы сияқты, әсер ететіндігі анықталды.
The effect is named after Tanzanian scientist Erasto Mpemba. He described it in 1963 in Form 3 of Magamba Secondary School, Tanganyika; when freezing a hot ice cream mix in a cookery class, he noticed that it froze before a cold mix. He later became a student at Mkwawa Secondary (formerly High) School in Iringa. The headmaster invited Dr. Denis Osborne from the University College in Dar es Salaam to give a lecture on physics. After the lecture, Mpemba asked him, "If you take two similar containers with equal volumes of water, one at and the other at , and put them into a freezer, the one that started at freezes first. Why?" Mpemba was at first ridiculed by both his classmates and his teacher. After initial consternation, however, Osborne experimented on the issue back at his workplace and confirmed Mpemba's finding. They published the results together in 1969, while Mpemba was studying at the College of African Wildlife Management. Mpemba and Osborne described placing samples of water in beakers in the icebox of a domestic refrigerator on a sheet of polystyrene foam. They showed the time for freezing to start was longest with an initial temperature of and that it was much less at around They ruled out loss of liquid volume by evaporation and the effect of dissolved air as significant factors. In their setup, most heat loss was found to be from the liquid surface. In 2016, Burridge and Linden defined the criterion as the time to reach , carried out experiments, and reviewed published work to date. They noted that the large difference originally claimed had not been replicated, and that studies showing a small effect could be influenced by variations in the positioning of thermometers: "We conclude, somewhat sadly, that there is no evidence to support meaningful observations of the Mpemba effect." Experimental results confirming the Mpemba effect have been criticized for being flawed, not accounting for dissolved solids and gasses, and other confounding factors. Philip Ball, a reviewer for Physics World wrote: "Even if the Mpemba effect is real — if hot water can sometimes freeze more quickly than cold — it is not clear whether the explanation would be trivial or illuminating." New Scientist recommends starting the experiment with containers at , respectively, to maximize the effect. In a related study, it was found that freezer temperature also affects the probability of observing the Mpemba phenomenon as well as container temperature does.