เอฟเฟ็กต์เอ็มเพมบา(ความขัดแย้งของ Mpemba) - ความขัดแย้งที่ระบุว่าน้ำร้อนภายใต้เงื่อนไขบางประการจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น แม้ว่าจะต้องผ่านอุณหภูมิของน้ำเย็นในกระบวนการแช่แข็งก็ตาม ความขัดแย้งนี้เป็นข้อเท็จจริงเชิงทดลองที่ขัดแย้งกับแนวคิดปกติ โดยที่ภายใต้สภาวะเดียวกัน วัตถุที่ได้รับความร้อนมากกว่าจะใช้เวลาในการทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดมากกว่าวัตถุที่มีความร้อนน้อยกว่าเพื่อทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิเดียวกัน

อริสโตเติล, ฟรานซิส เบคอน และเรเน เดส์การตส์สังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้ในคราวเดียว แต่ในปี 1963 Erasto Mpemba เด็กนักเรียนชาวแทนซาเนียค้นพบว่าส่วนผสมของไอศกรีมร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าไอศกรีมเย็น

เป็นนักเรียนของ Magambinskaya มัธยมในแทนซาเนีย Erasto Mpemba ทำ งานภาคปฏิบัติในการปรุงอาหาร เขาต้องทำไอศกรีมโฮมเมด โดยต้มนม ละลายน้ำตาลในนั้น ปล่อยให้เย็นลงที่อุณหภูมิห้อง แล้วนำไปแช่ในตู้เย็นเพื่อแช่แข็ง 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 ผลกระทบที่พวกเขาค้นพบก็ถูกเรียกว่า เอฟเฟ็กต์เอ็มเพมบา.

จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครทราบแน่ชัดว่าจะอธิบายผลกระทบประหลาดนี้ได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์ไม่มีเวอร์ชันเดียวแม้ว่าจะมีหลายเวอร์ชันก็ตาม ทั้งหมดนี้เกี่ยวกับความแตกต่างในคุณสมบัติของน้ำร้อนและน้ำเย็น แต่ยังไม่ชัดเจนว่าคุณสมบัติใดมีบทบาทในกรณีนี้: ความแตกต่างในการทำความเย็นยิ่งยวด การระเหย การก่อตัวของน้ำแข็ง การพาความร้อน หรือผลกระทบของก๊าซเหลวที่มีต่อน้ำที่ อุณหภูมิที่แตกต่างกัน

ความขัดแย้งของเอฟเฟกต์ Mpemba คือช่วงเวลาที่ร่างกายเย็นลงจนถึงอุณหภูมิ สิ่งแวดล้อมจะต้องเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างร่างกายนี้กับสิ่งแวดล้อม กฎนี้ก่อตั้งขึ้นโดยนิวตันและได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติหลายครั้งตั้งแต่นั้นมา ด้วยเหตุนี้ น้ำที่มีอุณหภูมิ 100°C จะเย็นลงถึงอุณหภูมิ 0°C เร็วกว่าน้ำที่มีอุณหภูมิ 35°C ในปริมาณเท่ากัน

อย่างไรก็ตาม นี่ยังไม่ได้หมายความถึงความขัดแย้ง เนื่องจากสามารถอธิบายเอฟเฟกต์ Mpemba ได้ภายในกรอบของฟิสิกส์ที่รู้จัก ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายบางส่วนเกี่ยวกับเอฟเฟกต์ Mpemba:

การระเหย

น้ำร้อนจะระเหยเร็วขึ้นจากภาชนะ จึงทำให้ปริมาตรลดลง และปริมาณน้ำน้อยลงที่อุณหภูมิเดียวกันก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น น้ำร้อนที่อุณหภูมิ 100 C จะสูญเสียมวล 16% เมื่อเย็นลงเหลือ 0 C

ผลการระเหยเป็นผลสองเท่า ประการแรก มวลน้ำที่จำเป็นสำหรับการทำความเย็นจะลดลง และประการที่สองอุณหภูมิลดลงเนื่องจากความร้อนของการระเหยของการเปลี่ยนจากเฟสน้ำไปเป็นเฟสไอน้ำลดลง

ความแตกต่างของอุณหภูมิ

เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างน้ำร้อนและอากาศเย็นมีมากกว่า ดังนั้นการแลกเปลี่ยนความร้อนในกรณีนี้จึงมีความรุนแรงมากขึ้นและน้ำร้อนจะเย็นลงเร็วขึ้น

อุณหภูมิร่างกายต่ำ

เมื่อน้ำเย็นลงต่ำกว่า 0 C น้ำจะไม่แข็งตัวเสมอไป ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ตัวเครื่องอาจผ่านการทำความเย็นแบบซุปเปอร์คูลลิ่ง โดยยังคงเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ในบางกรณี น้ำสามารถยังคงเป็นของเหลวได้แม้ที่อุณหภูมิ –20 C

สาเหตุของผลกระทบนี้คือเพื่อให้ผลึกน้ำแข็งก้อนแรกเริ่มก่อตัว จำเป็นต้องมีจุดศูนย์กลางการก่อตัวของคริสตัล หากไม่มีอยู่ในน้ำของเหลว ซูเปอร์คูลลิ่งจะดำเนินต่อไปจนกว่าอุณหภูมิจะลดลงมากพอที่ผลึกจะก่อตัวได้เอง เมื่อพวกมันเริ่มก่อตัวในของเหลวที่มีความเย็นยิ่งยวด พวกมันจะเริ่มเติบโตเร็วขึ้น กลายเป็นน้ำแข็งโคลน ซึ่งจะแข็งตัวเป็นน้ำแข็ง

น้ำร้อนจะไวต่อภาวะอุณหภูมิต่ำกว่าปกติมากที่สุดเนื่องจากการให้ความร้อนจะขจัดก๊าซและฟองที่ละลายในน้ำ ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางในการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งได้

เหตุใดภาวะอุณหภูมิต่ำจึงทำให้น้ำร้อนแข็งตัวเร็วขึ้น ในกรณีที่ น้ำเย็นซึ่งไม่ได้ทำความเย็นเป็นพิเศษ จะเกิดสิ่งต่อไปนี้ ในกรณีนี้ จะมีชั้นน้ำแข็งบางๆ ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของภาชนะ ชั้นน้ำแข็งนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนระหว่างน้ำกับอากาศเย็น และป้องกันการระเหยออกไปอีก 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 ชั้นผิวของน้ำจะเย็นตัวเร็วขึ้นเนื่องจากการระเหยและความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากขึ้น นอกจากนี้ชั้นน้ำเย็นยังมีความหนาแน่นมากกว่าชั้นน้ำร้อน ดังนั้นชั้นน้ำเย็นจะจมลง ทำให้ชั้นน้ำอุ่นลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ การไหลเวียนของน้ำนี้ทำให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว

แต่เหตุใดกระบวนการนี้จึงไม่ถึงจุดสมดุล? เพื่ออธิบายผลกระทบของ Mpemba จากมุมมองของการพาความร้อน จำเป็นต้องถือว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนถูกแยกออกจากกัน และกระบวนการพาความร้อนจะดำเนินต่อไปหลังจากที่อุณหภูมิของน้ำเฉลี่ยลดลงต่ำกว่า 4 C

อย่างไรก็ตาม ไม่มีหลักฐานเชิงทดลองที่สนับสนุนสมมติฐานนี้ว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนถูกแยกออกจากกันโดยกระบวนการพาความร้อน

ก๊าซที่ละลายในน้ำ

น้ำมักจะมีก๊าซที่ละลายอยู่ - ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซเหล่านี้มีความสามารถในการลดจุดเยือกแข็งของน้ำ เมื่อน้ำร้อน ก๊าซเหล่านี้จะถูกปล่อยออกจากน้ำเนื่องจากความสามารถในการละลายในน้ำจะลดลงที่อุณหภูมิสูง ดังนั้น เมื่อน้ำร้อนเย็นลง ก็จะมีก๊าซที่ละลายน้อยกว่าในน้ำเย็นที่ไม่อุ่นเสมอ ดังนั้นจุดเยือกแข็งของน้ำร้อนจึงสูงขึ้นและแข็งตัวเร็วขึ้น บางครั้งปัจจัยนี้ถือเป็นปัจจัยหลักในการอธิบายผลกระทบของ Mpemba แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลการทดลองที่ยืนยันข้อเท็จจริงนี้ก็ตาม

การนำความร้อน

กลไกนี้สามารถมีบทบาทสำคัญในการใส่น้ำลงในช่องแช่แข็งของตู้เย็นในภาชนะขนาดเล็ก ภายใต้สภาวะเหล่านี้ จะสังเกตเห็นว่าภาชนะที่มีน้ำร้อนละลายน้ำแข็งที่อยู่ด้านล่าง ตู้แช่แข็งจึงปรับปรุงการสัมผัสความร้อนกับผนังช่องแช่แข็งและการนำความร้อน ส่งผลให้ความร้อนถูกดึงออกจากภาชนะน้ำร้อนได้เร็วกว่าภาชนะที่เย็น ในทางกลับกัน ภาชนะที่มีน้ำเย็นจะไม่ทำให้หิมะที่อยู่ด้านล่างละลาย

เงื่อนไขทั้งหมดเหล่านี้ (รวมถึงเงื่อนไขอื่น ๆ ) ได้รับการศึกษาในการทดลองหลายครั้ง แต่ไม่เคยได้รับคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามใดที่ให้การสร้างเอฟเฟกต์ Mpemba ได้ร้อยเปอร์เซ็นต์

ตัวอย่างเช่น ในปี 1995 David Auerbach นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้ศึกษาผลกระทบของน้ำที่มีความเย็นยิ่งยวดต่อผลกระทบนี้ เขาค้นพบว่าน้ำร้อนซึ่งมีอุณหภูมิเย็นจัดเป็นพิเศษ และแข็งตัวที่อุณหภูมิสูงกว่าน้ำเย็น และเร็วกว่าน้ำเย็นอย่างหลัง แต่น้ำเย็นจะเข้าสู่สถานะเย็นยิ่งยวดเร็วกว่าน้ำร้อน จึงชดเชยความล่าช้าก่อนหน้านี้

นอกจากนี้ ผลลัพธ์ของ Auerbach ยังขัดแย้งกับข้อมูลก่อนหน้านี้ที่ว่าน้ำร้อนสามารถให้ความเย็นยิ่งยวดได้มากขึ้นเนื่องจากมีศูนย์การตกผลึกน้อยลง เมื่อน้ำร้อน ก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้นจะถูกกำจัดออกไป และเมื่อถูกต้ม เกลือบางส่วนที่ละลายอยู่ในนั้นจะตกตะกอน

ในตอนนี้มีเพียงสิ่งเดียวเท่านั้นที่สามารถระบุได้ - การสร้างเอฟเฟกต์นี้อย่างมีนัยสำคัญขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่ทำการทดลอง แม่นยำเพราะมันไม่ได้ทำซ้ำเสมอไป

โอ.วี. โมซิน

วรรณกรรมแหล่งที่มา:

"น้ำร้อนแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น เหตุใดจึงทำเช่นนั้น?" เจียร์ล วอล์คเกอร์ ใน The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237 เลขที่ 3, หน้า 246-257; กันยายน พ.ศ. 2520

"การแช่แข็งของน้ำร้อนและน้ำเย็น", G.ส. เคลล์ใน American Journal of Physics, Vol. 37, เลขที่. 5, หน้า 564-565; พฤษภาคม 1969.

"Supercooling และเอฟเฟกต์ Mpemba", David Auerbach ใน American Journal of Physics, Vol. 63, เลขที่. 10, หน้า 882-885; ต.ค. 1995

"ผลกระทบของ Mpemba: เวลาเยือกแข็งของน้ำร้อนและน้ำเย็น", Charles A. Knight, ใน American Journal of Physics, Vol. 64, เลขที่. 5, หน้า 524; พฤษภาคม 1996

ในสภาวะปัจจุบัน ร่างกายมนุษย์ประสบกับความอดอยากจากน้ำ โดยส่วนใหญ่มีสาเหตุมาจากลักษณะของสภาพแวดล้อมเทียมที่เราอาศัยอยู่ ผลกระทบจากการขาดน้ำของเครื่องปรับอากาศ และอาหารที่เรากิน เราคุ้นเคยกับไม่เพียงแต่การดับกระหายเท่านั้น แต่ยังสกัดผลกระทบเพิ่มเติมจากการดื่มอีกด้วย: รสชาติที่น่าพึงพอใจของน้ำอัดลม คุณสมบัติโทนิคของกาแฟหรือชา เราลืมวิธีดื่มน้ำไปแล้ว

เครื่องดื่มของฉัน

ดื่มน้ำอุณหภูมิห้องบ่อยๆ และช้าๆ โดยไม่ต้องรอให้รู้สึกกระหายน้ำอย่างรุนแรง

น้ำอัดลมมักประกอบด้วยน้ำเชื่อมข้าวโพด ซึ่งมีฟรุกโตสในระดับสูง ซึ่งจะถูกแปลงเป็นไตรกลีเซอไรด์ (ส่วนประกอบของไขมัน) โดยตรง แทนที่จะเป็นกลูโคส ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงในการทำงานของสมอง เกี่ยวกับนม: โปรตีนต้องใช้เวลาในการย่อยนาน และการสลายแลคโตส (น้ำตาลในนม) ต้องใช้เอนไซม์แลคเตส ซึ่งไม่ใช่ทุกคนที่ผลิตได้ น้ำผลไม้คั้นสดดีต่อสุขภาพมากกว่า แต่ก็เป็นเครื่องดื่มเทียมที่มีความเข้มข้นสูงเช่นกัน หากรับประทานผลไม้ทั้งผลควบคู่ไปกับเส้นใยและสารบัลลาสต์ที่บรรจุอยู่จะดีต่อสุขภาพกว่ามาก กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไม่มีของเหลวอื่นใด แม้แต่ของเหลวที่เราคุ้นเคยว่าดีต่อสุขภาพและเป็นธรรมชาติ ก็สามารถทดแทนน้ำดื่มธรรมดาสำหรับเราได้

น้ำหนึ่ง

บทเรียนเคมีของหลายๆ คนเหลือเพียงสูตรของน้ำ H2O ไว้ในความทรงจำ เช่นเดียวกับความเชื่อที่ว่าหากไม่มีน้ำ ชีวิตคงไม่เกิดขึ้นบนโลกของเราเลย นี่เป็นเรื่องจริง: ด้วยการมีส่วนร่วมโดยตรงปฏิกิริยาทางชีวเคมีเกือบทั้งหมดจึงเกิดขึ้น ท้ายที่สุดแล้ว น้ำก็เป็นตัวทำละลายสากล วัสดุก่อสร้างสำหรับการต่ออายุร่างกายอย่างต่อเนื่อง (นั่นคือสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน) และแหล่งพลังงาน (คาร์โบไฮเดรต) ออกซิเจน ฮอร์โมน และเอนไซม์จะไหลเวียนอยู่ในช่องว่างระหว่างเซลล์และเข้าสู่เซลล์โดยถูกละลายในน้ำ และผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมจะถูกลบออกจากเซลล์และออกจากร่างกายในสารละลายด้วย

น้ำ “เข้าและออก” ผ่านช่องทางน้ำพิเศษที่อยู่ในพลาสมาเมมเบรนของเซลล์และเรียกว่า “อะควาพอริน” (สำหรับการค้นพบนี้ นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันสองคนคือ Peter Agree และ Roderic McKinnon ได้รับรางวัลในปี 2003 รางวัลโนเบลในวิชาเคมี) หากเติมสารอื่นลงในโมเลกุลของน้ำ กระบวนการละลายจะมาพร้อมกับปฏิกิริยาที่ซับซ้อนกับเกลือ น้ำตาล กรด แอลกอฮอล์ สารเคมีซึ่งเกิดขึ้นจากกระบวนการดูดซึมยาหรือวัตถุเจือปนอาหารแล้วการก่อตัวขนาดใหญ่เหล่านี้ไม่สามารถผ่านรูน้ำขนาดเล็กได้ ดูเหมือนว่าจะมีน้ำอยู่ในร่างกาย (บางครั้งก็มีมากเกินไปและเราเรียกการกักเก็บของเหลวนี้ว่าอาการบวมน้ำ) แต่ไม่ได้ซึมเข้าไปในเซลล์ซึ่งเป็นผลมาจากการที่กระบวนการเผาผลาญถูกยับยั้งและไม่มีสารพิษ ตกรอบแล้ว โดยธรรมชาติแล้วคน ๆ หนึ่งจะรู้สึกอึดอัดและเหนื่อยล้าอย่างไม่อาจเข้าใจได้ซึ่งสาเหตุที่ละลายในน้ำอย่างแท้จริง

เลือกตัวกรองที่ดี

ด้วยเครื่องกรองน้ำที่หลากหลาย ตัวกรองเหล่านี้ทำหน้าที่เดียวกัน: กรองน้ำจากสิ่งปนเปื้อนเชิงกล (ทราย ตะกรัน สนิม) ส่วนหนึ่งมาจากสารเคมีปนเปื้อน (คลอรีน เกลือของโลหะหนัก สารเคมีกำจัดวัชพืช ยาฆ่าแมลง ผลิตภัณฑ์น้ำมัน) รวมถึง จากแบคทีเรียและไวรัส หลักการทำงานก็คล้ายกัน: น้ำไหลผ่านตลับหมึกที่เปลี่ยนได้พร้อมสื่อกรอง ส่วนใหญ่ตัวดูดซับสากล "ใช้งานได้" - ถ่านกัมมันต์และเรซินแลกเปลี่ยนไอออน ซึ่งแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตแต่ละราย ยิ่งน้ำไหลผ่านตัวกรองช้าลงเท่าไรก็ยิ่งสะอาดมากขึ้นเท่านั้น สำหรับผู้ที่ต้องการให้แน่ใจว่าน้ำจะบริสุทธิ์ 97–99% มีตัวกรองตาม ออสโมซิสย้อนกลับ- ที่นั่น การทำให้บริสุทธิ์เกิดขึ้นโดยการส่งน้ำผ่านเมมเบรนหลายชั้นภายใต้ความกดดัน 3.5–4 บรรยากาศ ขนาดของเซลล์ในเมมเบรนมีขนาดเล็กมากจนมีเพียงโมเลกุลของ H2O ไฮโดรเจนและออกซิเจนที่ละลายในน้ำเท่านั้นที่สามารถผ่านไปได้ ข้อดีของน้ำดังกล่าวคือคุณสามารถมั่นใจได้ถึงความบริสุทธิ์อย่างแท้จริง ข้อเสีย: ไม่มีรสชาติถือว่าใกล้จะกลั่นซึ่งร่างกายไม่มีประโยชน์

จากก๊อกและจากขวด

น้ำประปาอาจไม่ดีต่อสุขภาพ (เพราะน้ำไหลผ่านท่อหลายกิโลเมตร) แต่อย่างน้อยก็ปลอดภัย ต้องขอบคุณคลอรีนไอออนที่ใช้ฆ่าเชื้อเป็นหลัก ผลของคลอรีนเป็นอันตรายต่อเซลล์ที่มีชีวิตตั้งแต่แบคทีเรียไปจนถึงเซลล์ในร่างกายของเรา ดังนั้นก่อนดื่ม น้ำประปาจะดีกว่าที่จะกรองมัน “โดยหลักการแล้ว มีสองตัวเลือก: กรองน้ำประปาหรือซื้อน้ำขวด แต่ฉันยังไม่ได้ตัดสินใจด้วยตัวเองว่าอะไรจะดีกว่า” Valery Sergeev ยอมรับ – ประการหนึ่ง น้ำขวดมีราคาแพง และไม่มั่นใจในคุณภาพเสมอไป พวกเขาส่งน้ำประปาที่กรองแล้วให้เราแทนน้ำบาดาลหรือไม่? ในทางกลับกัน น้ำกรองจะไม่สมดุล “ไม่ได้ใช้งาน” ในระหว่างกระบวนการกรอง เกลือจะขาดเกลือเกือบทั้งหมด รวมถึงเกลือที่จำเป็น เช่น เกลือแคลเซียม (ซึ่งอาจนำไปสู่กระดูกเปราะ) รวมถึงองค์ประกอบย่อยที่จำเป็น”

ตามที่นักบำบัดโรค Sergei Stebletsov แม้แต่น้ำในฤดูใบไม้ผลิจากเชิงเขาของเทือกเขาแอลป์หรือได้มาจากการละลายของธารน้ำแข็งก็ไม่ได้นำมาซึ่งประโยชน์ที่รับประกันได้เสมอไป: ควรดื่มน้ำในท้องถิ่นดีกว่าองค์ประกอบอิเล็กโทรไลต์ที่บุคคลได้ปรับตัว ทางเลือกประนีประนอมที่สมเหตุสมผลที่สุดน่าจะเป็น: อย่ากลัวน้ำประปาที่กรองแล้ว แต่ควรดื่มน้ำบรรจุขวดคุณภาพสูงเมื่ออยู่นอกบ้านเป็นกฎ

ปริมาณและคุณภาพ

เมื่อใดและอย่างไร และที่สำคัญที่สุดคือ ควรดื่มน้ำมากแค่ไหน ผู้เชี่ยวชาญมีความคิดเห็นที่แตกต่างกันในเรื่องนี้ ตามอายุรเวท คุณควรดื่มน้ำสองถึงสามลิตรต่อวัน และอุณหภูมิของน้ำควรจะสูงเท่าที่คุณสามารถทนได้ “หากคุณดื่มน้ำมากๆ ในคราวเดียว เป้าหมายหลักคือการทำความสะอาดร่างกายจะไม่เกิดขึ้น” โมฮัมเหม็ด อาลี แพทย์จากศูนย์อายุรเวท Kerala อธิบาย “ดังนั้น คุณต้องดื่มอย่างต่อเนื่อง แต่ทีละน้อย: จิบสองหรือสามครั้งทุกๆ 10-15 นาที” เขาบอกว่าตอนเช้าควรเริ่มด้วยน้ำหนึ่งแก้วที่อุณหภูมิห้อง เช่นเดียวกับยา ต้องรับประทานในขณะท้องว่างโดยไม่ต้องลุกจากเตียง นอกจากนี้น้ำไม่ควรแช่อยู่ในแก้วข้ามคืน - ในกรณีนี้จะกลายเป็นน้ำ "ตาย" - และไม่ควรเป็นน้ำประปา ตามที่โมฮัมเหม็ด อาลี ครูอายุรเวชในสมัยโบราณแนะนำให้ดื่มน้ำฝน แต่ตอนนี้ไม่ควรทำด้วยเหตุผลที่ชัดเจน เพราะน้ำสกปรกเกินไป อาจเป็นการดีที่สุดที่จะดื่มน้ำจากขวดที่เพิ่งเปิดใหม่ในตอนเช้า

ความรู้สึกสบายใจเป็นสัญญาณหลักที่จะช่วยให้คุณเข้าใจว่าร่างกายต้องการน้ำมากแค่ไหน

เมื่อเราดื่มน้ำในระหว่างวันตามอายุรเวท ควรคำนึงถึง: หากเราต้องการลดน้ำหนัก ควรดื่มก่อนมื้ออาหาร และหากเราต้องการเพิ่มน้ำหนักหลังจากนั้น ดังนั้นผู้ที่ต้องการรักษากิโลกรัมให้คงเดิมสามารถดื่มน้ำระหว่างมื้ออาหารได้

ตัวแทนของโรงเรียนตะวันออกอีกแห่งหนึ่งซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านการแพทย์แผนจีน เกาเหยียน เชื่อว่าการดื่มน้ำที่อุณหภูมิห้องเป็นการดีที่สุด “มันเย็นกว่าอุณหภูมิของร่างกายเล็กน้อยและเริ่มกระบวนการทำความสะอาดร่างกาย” เขาอธิบาย ผู้เชี่ยวชาญชาวยุโรปยังเชื่อด้วยว่าเราต้องการน้ำสองถึงสามลิตรต่อวัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฤดูร้อนซึ่งเป็นช่วงที่มีอากาศร้อน “มันควรจะมีแร่ธาตุเล็กน้อย โดยจะมีคลอรีนแอนไอออน แคลเซียม แมกนีเซียม และโพแทสเซียมไอออนบวกมากกว่า” Valery Sergeev อธิบาย “สิ่งนี้จะช่วยเติมเต็มการสูญเสียเกลือตามธรรมชาติระหว่างที่มีเหงื่อออกมากขึ้น” ดังนั้นคุณจึงสามารถดื่มน้ำเช่น "Slavyanovskaya", "Smirnovskaya", "Kashinskaya", "Novoterskaya" ได้โดยไม่มีข้อ จำกัด แต่น้ำที่มีแร่ธาตุสูง เช่น Essentuki-17 นั้นอยู่ วิธีการรักษาสำหรับโรคของระบบทางเดินอาหารซึ่งไปกระตุ้นการหลั่งน้ำย่อยและการเคลื่อนไหวของลำไส้ “ถ้าคุณชอบน้ำแร่คาร์บอเนต มันก็ดีต่อสุขภาพของคุณ” Valery Sergeev กล่าว – ดับกระหายได้ดีขึ้นและกระตุ้นระบบทางเดินอาหาร แต่หากมีการรบกวนการทำงานของกระเพาะอาหาร แสบร้อนกลางอก และไม่สบายตัว ควรเปลี่ยนเป็นน้ำนิ่งจะดีกว่า”

เชื่อความรู้สึกของคุณ

ดังนั้นการดื่มน้ำประมาณสองลิตรต่อวันจึงถือเป็นบรรทัดฐานทางสรีรวิทยา แต่ถ้าเรายังไม่พัฒนานิสัยการดื่มน้ำเราควรนับแก้วที่เราดื่มเหมือนทำตามคำสั่งแพทย์หรือไม่? “ร่างกายรู้ว่ามันต้องการน้ำมากแค่ไหน” Sergei Stebletsov กล่าว – สำหรับบางคน 1 ลิตรครึ่งต่อวันก็เพียงพอแล้ว สำหรับบางคน 2 ลิตรครึ่งต่อวันก็ไม่เพียงพอ ทุกอย่างขึ้นอยู่กับโหมดการทำงานของไต ปอด ผิวหนัง และระบบทางเดินอาหาร ซึ่งน้ำออกจากร่างกาย ตัวบ่งชี้หลักที่คุณควรให้ความสำคัญคือความรู้สึกสบายใจ”

ทำไมน้ำถึงแข็งตัว? น้ำ - ปาฏิหาริย์ที่น่าอัศจรรย์ธรรมชาติ. มันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับทุกชีวิตบนโลก ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวไว้ ชีวิตนั้นถือกำเนิดขึ้นในน้ำ น่าแปลกใจที่น้ำสามารถดำรงอยู่ในสามสถานะ: ของเหลว ของแข็ง และก๊าซ ในขณะเดียวกันก็สามารถย้ายจากรัฐหนึ่งไปอีกรัฐหนึ่งได้ น้ำส่วนใหญ่บนโลกนี้เป็นของเหลว สถานะของแข็งของน้ำคือน้ำแข็ง

ทำไมน้ำถึงแข็งตัวในความเย็น?

องค์ประกอบของน้ำส่งผลต่อความสามารถของน้ำที่จะเปลี่ยนเป็นสถานะต่างๆ ได้ โมเลกุลของน้ำมีพันธะซึ่งกันและกันอย่างอ่อน พวกเขาเคลื่อนไหวและรวมกลุ่มอยู่เสมอ แต่ในขณะเดียวกันพวกเขาก็ไม่สามารถสร้างโครงสร้างบางอย่างได้ น้ำใช้รูปร่างของภาชนะที่วาง แต่ด้วยตัวมันเองไม่สามารถบรรจุแบบจำลองใดเป็นพิเศษได้ ตัวอย่างเช่นเราเทน้ำลงในกระทะแล้วของเหลวจะมีรูปร่าง แต่จะไม่สามารถกักไว้นอกภาชนะได้

เมื่อถูกความร้อน โมเลกุลของน้ำจะเริ่มเคลื่อนที่สัมพันธ์กันเร็วขึ้นและวุ่นวายมากขึ้น ส่งผลให้สูญเสียการเชื่อมต่อกันในระดับที่มากขึ้น ในกรณีนี้น้ำจะกลายเป็นไอน้ำ

เมื่ออุณหภูมิต่ำมีอิทธิพลต่อน้ำ การเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะถูกยับยั้ง การเชื่อมต่อระหว่างโมเลกุลจะแข็งแกร่งขึ้น จากนั้นพวกมันก็สามารถสร้างโครงสร้าง - ผลึกหกเหลี่ยมได้ สถานะของการเปลี่ยนแปลงของความชื้นเป็นน้ำแข็งเรียกว่าการตกผลึกการแข็งตัว

ในสภาวะที่แข็งแกร่งเช่นนี้ จะสามารถรักษารูปแบบต่างๆ ที่ได้รับมาเป็นเวลานาน น้ำเริ่มแข็งตัวที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส ดังนั้นการเปลี่ยนน้ำจากสถานะของเหลวไปเป็นสถานะของแข็งเป็นน้ำแข็งจึงเกิดขึ้น คุณสมบัติทางกายภาพน้ำและองค์ประกอบของมัน

ทำไมน้ำร้อนถึงแข็งเร็วกว่าน้ำเย็น?

เมื่อพูดถึง "การเปลี่ยนแปลง" ของน้ำให้เป็นน้ำแข็งมีการสังเกตปรากฏการณ์ที่น่าสงสัย ร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าความเย็น แม้ว่าสิ่งนี้จะดูไม่น่าเป็นไปได้ก็ตาม ข้อเท็จจริงนี้ทราบกันมานานแล้ว แต่ไม่สามารถเปิดเผยความลับได้เป็นเวลานาน คุณสมบัติลึกลับน้ำ. เฉพาะในศตวรรษที่ 20 เท่านั้นที่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกพยายามอธิบายเหตุผลว่าทำไมน้ำร้อนถึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น

ในปี 1963 เด็กชายชื่อ Mpemba จากแทนซาเนียสังเกตเห็นขณะทำไอศกรีมว่าอาหารอันโอชะแสนอร่อยจะแข็งตัวเร็วขึ้นหากทำจากนมอุ่นแทนที่จะเป็นนมเย็น พวกเขาเริ่มล้อเลียนเขาเมื่อเขาเล่าข้อสังเกตให้ครูและเพื่อนๆ ฟัง มีเพียงคนเดียวเท่านั้นที่ให้ความสนใจกับข้อเท็จจริงนี้ ศาสตราจารย์เดนนิส ออสบอร์น ซึ่ง Mpemba พบเมื่อเป็นผู้ใหญ่

มีการเสนอสมมติฐานหลายประการเกี่ยวกับการแข็งตัวของน้ำร้อนเร็วกว่าน้ำเย็น แต่ทั้งหมดยังคงเป็นสมมติฐาน พฤติกรรมที่ “แปลก” ของน้ำเรียกว่า “ผลกระทบเอ็มเปมบา” การวิจัยยังอยู่ระหว่างดำเนินการ นักวิทยาศาสตร์จากหลายประเทศกำลังพยายามพิสูจน์ "ปรากฏการณ์ Mpemba" แต่ก็ยังไม่เกิดประโยชน์ใดๆ

นักวิจัยหลายคนพิจารณาว่าข้อเท็จจริงนี้ไม่สมควรได้รับความสนใจเนื่องจากไอศกรีมมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันเมื่อเทียบกับน้ำกระด้าง นักฟิสิกส์จากสิงคโปร์ในปี 2013 ได้พิสูจน์ความลึกลับของปรากฏการณ์ Mpemba และการยืนยันทางทฤษฎีในปี 2013 การวิจัยในห้องปฏิบัติการปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถเข้าใจได้ยังไม่มีอยู่

น้ำกลายเป็นน้ำแข็งจากด้านบน ไม่ใช่จากด้านล่าง

เกือบทุกคนรู้ดีว่าบนอ่างเก็บน้ำที่อุณหภูมิต่ำ เปลือกน้ำแข็งบางๆ จะก่อตัวขึ้นเป็นอันดับแรก ซึ่งจะหนาขึ้นและแข็งแรงขึ้นเมื่อน้ำค้างแข็งทวีความรุนแรงขึ้น และถ้าไม่ใช่เพราะสิ่งนี้ คุณสมบัติที่น่าทึ่งน้ำ ไม่น่าเป็นไปได้ที่ใครๆ จะสามารถเล่นสเก็ตได้ เนื่องจากน้ำแข็งจะจมลงสู่ก้นอ่างเก็บน้ำ

น้ำก็เหมือนกับสารที่คล้ายกันส่วนใหญ่ จะหดตัวและลดปริมาตรเมื่อถูกทำให้เย็นลง แต่มีอุณหภูมิไม่ต่ำกว่า 3 องศาเซลเซียส ที่อุณหภูมิต่ำกว่า น้ำจะขยายตัวและความหนาแน่นเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน น้ำแข็งเบากว่าน้ำ และมันยังคงอยู่ด้านบน

ทำไมน้ำกลั่นถึงไม่แข็งตัว?

น้ำกลั่นเรียกว่าบริสุทธิ์ โดย "ปลอด" จากสิ่งสกปรกและออกซิเจนทั้งหมด สิ่งเจือปนคือชิ้นส่วนที่โมเลกุลของน้ำเกาะอยู่ เมื่อเปลี่ยนจากสถานะของเหลวเป็นน้ำแข็ง สิ่งเจือปนที่อยู่ในน้ำจะถูกบีบอัดเนื่องจากไม่มีสารอื่น จะขยายตัวและระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น

น้ำแข็งที่ได้จะลอยอยู่บนผิวน้ำเพราะเบากว่าน้ำ ถึงกระนั้นน้ำกลั่นก็สามารถแข็งตัวได้ แต่จุดเยือกแข็งของมันนั้นต่ำกว่าน้ำธรรมดามาก ขณะเดียวกันสังเกตได้ว่าหากตีขวดน้ำกลั่น เช่น หรือเขย่าขวด น้ำจะเริ่มแข็งตัวทันที สิ่งนี้อธิบายได้จากการยึดเกาะของโมเลกุลเมื่อถูกกระแทก

จุดเยือกแข็งของน้ำแร่

น้ำแร่อิ่มตัวด้วยเกลือและสารเคมีที่เป็นประโยชน์ต่อมนุษย์ จุดเยือกแข็งของน้ำแร่ต่ำกว่าน้ำธรรมดา การกระแทกหรือเขย่าภาชนะบรรจุน้ำจะช่วยเร่งกระบวนการแช่แข็งในลักษณะเดียวกับน้ำกลั่น โมเลกุลของน้ำจะเกาะติดกันและเกิดเป็นผลึก ดังนั้นน้ำจึงกลายเป็นน้ำแข็ง

น้ำเกลือแข็งตัวหรือไม่

มีคนเชื่อว่ามันไม่แข็งตัว ข้อความนี้ไม่เป็นความจริงทั้งหมด น้ำเกลือก็มีแนวโน้มที่จะแข็งตัวเช่นกัน แต่จุดเยือกแข็งของมันต่ำกว่าศูนย์อย่างมาก คำอธิบายเรื่องนี้อยู่ในองค์ประกอบโมเลกุลของน้ำ

เกลือหรือเป็นผลึกเล็กๆ ไม่ยอมให้โมเลกุลของน้ำเชื่อมต่อกัน การแช่แข็งของน้ำเกลือขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของเกลือที่มีอยู่ ยิ่งเกลือในน้ำมีมาก จุดเยือกแข็งก็จะยิ่งต่ำลง เหตุใดน้ำแข็งแอนตาร์กติกและภูเขาน้ำแข็งจึงเป็นเขตสงวน? น้ำจืด- ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าสิ่งเหล่านี้เป็นเพียงเศษเสี้ยวของทวีปที่แยกตัวออกไปเมื่อหลายล้านปีก่อน การศึกษาของพวกเขาไม่ได้รับการอำนวยความสะดวกจากสถานที่ที่พวกเขาอยู่

น้ำทะเลยังแข็งตัวที่อุณหภูมิต่ำมากเช่นกัน ผลึกน้ำแข็งที่เกิดขึ้นบนผิวน้ำจะดันผลึกเกลือออกมา ดังนั้นยิ่งน้ำเกลือที่อยู่ลึกลงไปก็จะยิ่งเข้มข้นมากขึ้น หากนำน้ำแข็งจากผิวน้ำในทะเลมาละลาย น้ำที่ละลายก็จะเกือบจะสด

น้ำ Epiphany แข็งตัวหรือไม่?

น้ำศักดิ์สิทธิ์เรียกว่า "ศักดิ์สิทธิ์" มีความเห็นว่าในคืนวันปิยมหานิกายและอีกสามวันข้างหน้าน้ำในอ่างเก็บน้ำทั้งหมดจะกลายเป็น "ศักดิ์สิทธิ์" ครอบครอง คุณสมบัติมหัศจรรย์การรักษา จริงๆ มันสามารถเก็บไว้ได้นานโดยไม่เปลี่ยนรสชาติ แต่จะค้าง ใครๆ ก็สามารถตรวจสอบสิ่งนี้ได้ วางในขวดเย็น 2 ขวดที่เต็มไปด้วยน้ำเปล่าที่เก็บในคืนศักดิ์สิทธิ์ น้ำจะแข็งตัวเท่ากันทั้งสองขวด

น้ำในบ่อเป็นน้ำแข็งหรือไม่?

คนส่วนใหญ่นิยมดื่มน้ำจากบ่อน้ำเพราะว่ามีประโยชน์และเหมาะสมกับร่างกายมากกว่า บ่อน้ำแข็งตัวในฤดูหนาวหรือไม่? คำตอบสำหรับคำถามนี้ชัดเจน หากบ่อลึกเพียงพอ ระดับน้ำจะไม่สูงเกินจุดเยือกแข็งของพื้นดิน ซึ่งหมายความว่าน้ำในบ่อจะไม่แข็งตัว หากบ่อน้ำตื้น ชั้นบนสุดของน้ำอาจถูกปกคลุมไปด้วยเปลือกน้ำแข็งหรือชั้นน้ำแข็งที่สำคัญ

น้ำเป็นสสารมหัศจรรย์ที่สามารถเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งได้ องค์ประกอบทางเคมี- จุดเยือกแข็งของน้ำจะแตกต่างกันไป น้ำอาจเป็นสารพิเศษชนิดเดียวที่สามารถขยายตัวได้ที่อุณหภูมิต่ำ

น้ำแช่แข็ง

ทุกคนรู้ถึงความสำคัญและประโยชน์ของน้ำเพื่อชีวิต ปรากฎว่ามีน้ำที่ละลายหลังจากการแช่แข็งแล้ว คุณสมบัติการรักษาบนร่างกายมนุษย์ มันเปลี่ยนโครงสร้างหลังจากกระบวนการแช่แข็งและละลาย หลายคนเชื่อว่านักปีนเขามีอายุยืนยาวเนื่องมาจากการบริโภคน้ำที่ละลายจากน้ำพุที่ไหลอยู่บนภูเขา

มีหลายปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการที่น้ำจะกลายเป็นน้ำแข็งเร็วขึ้น ร้อนหรือเย็น แต่คำถามนั้นดูแปลกไปเล็กน้อย ความหมายโดยนัยซึ่งทราบจากฟิสิกส์ก็คือ น้ำร้อนยังต้องใช้เวลาในการทำให้เย็นลงเมื่อเทียบกับอุณหภูมิของน้ำเย็นที่ถูกเปรียบเทียบเพื่อที่จะกลายเป็นน้ำแข็ง ขั้นตอนนี้สามารถข้ามได้ และด้วยเหตุนี้ เธอก็ชนะได้ทันเวลา

แต่คำตอบสำหรับคำถามที่ว่าน้ำใดที่แข็งตัวเร็วกว่า - เย็นหรือร้อน - ข้างนอกในที่เย็นผู้อยู่อาศัยในละติจูดตอนเหนือรู้ดี ในความเป็นจริง ตามทางวิทยาศาสตร์ ปรากฎว่าไม่ว่าในกรณีใด น้ำเย็นมักจะแข็งตัวเร็วขึ้น

ครูฟิสิกส์ซึ่งได้รับการติดต่อจากเด็กนักเรียน Erasto Mpemba ในปี 1963 คิดเช่นเดียวกันกับการขอให้อธิบายว่าเหตุใดส่วนผสมเย็นของไอศกรีมในอนาคตจึงใช้เวลาในการแข็งตัวนานกว่าไอศกรีมที่คล้ายกัน แต่ร้อน

“นี่ไม่ใช่ฟิสิกส์สากล แต่เป็นฟิสิกส์ Mpemba บางประเภท”

ในเวลานั้นครูเพียงหัวเราะกับสิ่งนี้ แต่เดนิสออสบอร์นศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ซึ่งครั้งหนึ่งเคยไปเยี่ยมโรงเรียนเดียวกันกับที่เอราสโตศึกษาได้ยืนยันการทดลองแล้วว่ามีผลกระทบดังกล่าวแม้ว่าจะไม่มีคำอธิบายก็ตาม ในปี พ.ศ.2512 ได้รับความนิยม วารสารวิทยาศาสตร์บทความร่วมถูกตีพิมพ์โดยคนสองคนนี้ซึ่งบรรยายถึงผลกระทบที่แปลกประหลาดนี้

ตั้งแต่นั้นมาคำถามที่ว่าน้ำใดที่แข็งตัวเร็วขึ้น - ร้อนหรือเย็น - มีชื่อของตัวเอง - เอฟเฟกต์ Mpemba หรือความขัดแย้ง

คำถามนี้มีมานานแล้ว

โดยธรรมชาติแล้วปรากฏการณ์ดังกล่าวเคยเกิดขึ้นมาก่อนและมีการกล่าวถึงในผลงานของนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ไม่เพียงแต่เด็กนักเรียนเท่านั้นที่สนใจปัญหานี้ แต่ Rene Descartes และแม้แต่ Aristotle ก็คิดถึงเรื่องนี้ในคราวเดียวด้วย

แต่พวกเขาเริ่มมองหาแนวทางในการแก้ไขความขัดแย้งนี้เมื่อปลายศตวรรษที่ 20 เท่านั้น

เงื่อนไขที่ Paradox จะเกิดขึ้น

เช่นเดียวกับไอศกรีม ไม่ใช่แค่น้ำเปล่าเท่านั้นที่จะแข็งตัวในระหว่างการทดลอง ต้องมีเงื่อนไขบางประการเพื่อที่จะเริ่มโต้เถียงว่าน้ำใดแข็งตัวเร็วขึ้น - เย็นหรือร้อน อะไรมีอิทธิพลต่อกระบวนการนี้?

ในปัจจุบัน ในศตวรรษที่ 21 มีการเสนอทางเลือกหลายประการที่สามารถอธิบายความขัดแย้งนี้ได้ น้ำแบบไหนที่แข็งตัวเร็วกว่า ร้อนหรือเย็น อาจขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่ามีอัตราการระเหยสูงกว่าน้ำเย็น ดังนั้นปริมาตรจึงลดลง และเมื่อปริมาตรลดลง ระยะเวลาการแช่แข็งจะสั้นลงกว่าถ้าเราใช้น้ำเย็นที่มีปริมาตรเริ่มแรกเท่าเดิม

คุณละลายน้ำแข็งในช่องแช่แข็งมานานแล้ว

น้ำใดที่แข็งตัวเร็วกว่าและเหตุใดจึงเกิดขึ้นอาจได้รับผลกระทบจากการบุหิมะที่อาจมีอยู่ในช่องแช่แข็งของตู้เย็นที่ใช้ในการทดลอง หากคุณนำภาชนะสองใบที่มีปริมาตรเท่ากัน แต่ภาชนะหนึ่งมีน้ำร้อนและอีกภาชนะเย็น ภาชนะที่มีน้ำร้อนจะทำให้หิมะละลายอยู่ข้างใต้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการสัมผัสระดับความร้อนกับผนังตู้เย็น ภาชนะใส่น้ำเย็นไม่สามารถทำได้ หากไม่มีหิมะในช่องตู้เย็น น้ำเย็นควรจะแข็งเร็วขึ้น

บน-ล่าง

นอกจากนี้ ปรากฏการณ์ที่น้ำกลายเป็นน้ำแข็งเร็วขึ้น - ร้อนหรือเย็น - อธิบายได้ดังนี้ ตามกฎหมายบางประการ น้ำเย็นจะเริ่มแข็งตัวจากชั้นบน เมื่อน้ำร้อนทำสิ่งที่ตรงกันข้าม - จะเริ่มแข็งตัวจากล่างขึ้นบน ปรากฎว่าน้ำเย็นซึ่งมีชั้นเย็นอยู่ด้านบนโดยมีน้ำแข็งก่อตัวอยู่แล้วทำให้กระบวนการพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อนแย่ลงจึงอธิบายว่าน้ำใดแข็งตัวเร็วกว่า - เย็นหรือร้อน มีการแนบภาพถ่ายจากการทดลองสมัครเล่นมาด้วย ซึ่งมองเห็นได้ชัดเจนที่นี่

ความร้อนออกไปพุ่งขึ้นด้านบนและไปบรรจบกับชั้นที่เย็นมาก ไม่มีเส้นทางอิสระสำหรับการแผ่รังสีความร้อน ดังนั้นกระบวนการทำความเย็นจึงทำได้ยาก น้ำร้อนไม่มีอุปสรรคขวางทางอย่างแน่นอน อันไหนที่แข็งตัวเร็วกว่า - เย็นหรือร้อน อะไรเป็นตัวกำหนดผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ คุณสามารถขยายคำตอบได้โดยบอกว่าน้ำใด ๆ มีสารบางอย่างละลายอยู่ในนั้น

สิ่งเจือปนในน้ำเป็นปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อผลลัพธ์

หากคุณไม่โกงและใช้น้ำที่มีส่วนประกอบเหมือนกันซึ่งมีความเข้มข้นของสารบางชนิดเท่ากัน น้ำเย็นก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น แต่หากเกิดสถานการณ์เมื่อเลิกกิจการแล้ว องค์ประกอบทางเคมีมีเฉพาะในน้ำร้อนเท่านั้นและน้ำเย็นไม่มีดังนั้นจึงอาจเป็นไปได้ที่น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วขึ้น สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าสารที่ละลายในน้ำจะสร้างจุดศูนย์กลางการตกผลึก และด้วยจุดศูนย์กลางเหล่านี้จำนวนไม่มาก การเปลี่ยนน้ำให้เป็นสถานะของแข็งจึงเป็นเรื่องยาก อาจเป็นไปได้ด้วยซ้ำว่าน้ำจะถูกทำให้เย็นลงเป็นพิเศษ ในแง่ที่ว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ น้ำจะอยู่ในสถานะของเหลว

แต่เห็นได้ชัดว่าเวอร์ชันเหล่านี้ไม่เหมาะกับนักวิทยาศาสตร์อย่างสมบูรณ์และพวกเขายังคงดำเนินการในประเด็นนี้ต่อไป ในปี 2013 ทีมนักวิจัยในสิงคโปร์กล่าวว่าพวกเขาได้ไขปริศนาอันเก่าแก่ได้

นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนกลุ่มหนึ่งอ้างว่าความลับของผลกระทบนี้อยู่ที่ปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ระหว่างโมเลกุลของน้ำในพันธะของมัน เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน

คำตอบจากนักวิทยาศาสตร์ชาวจีน

ต่อไปนี้เป็นข้อมูลเพื่อทำความเข้าใจว่าคุณต้องมีความรู้ด้านเคมีอะไรบ้างเพื่อที่จะเข้าใจว่าน้ำใดแข็งตัวเร็วกว่า - ร้อนหรือเย็น ดังที่ทราบกันดีว่าประกอบด้วยอะตอม H (ไฮโดรเจน) สองอะตอมและอะตอม O (ออกซิเจน) หนึ่งอะตอมซึ่งยึดติดกันด้วยพันธะโควาเลนต์

แต่อะตอมไฮโดรเจนของโมเลกุลหนึ่งก็ถูกดึงดูดไปยังโมเลกุลข้างเคียงกับส่วนประกอบออกซิเจนด้วย พันธะเหล่านี้เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน

เป็นที่น่าจดจำว่าในเวลาเดียวกันโมเลกุลของน้ำก็มีผลที่น่ารังเกียจต่อกัน นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่าเมื่อน้ำร้อน ระยะห่างระหว่างโมเลกุลของมันจะเพิ่มขึ้น และสิ่งนี้จะอำนวยความสะดวกด้วยแรงผลัก ปรากฎว่าเมื่ออยู่ในระยะห่างเท่ากันระหว่างโมเลกุลในสภาวะเย็น พวกมันสามารถยืดออกได้และมีพลังงานมากขึ้น มันเป็นพลังงานสำรองที่ปล่อยออกมาเมื่อโมเลกุลของน้ำเริ่มเคลื่อนที่เข้ามาใกล้กันนั่นคือการระบายความร้อนเกิดขึ้น ปรากฎว่าพลังงานสำรองที่มากขึ้นในน้ำร้อน และการปลดปล่อยพลังงานที่มากขึ้นเมื่อเย็นลงถึงอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์นั้น เกิดขึ้นเร็วกว่าในน้ำเย็น ซึ่งมีพลังงานสำรองน้อยกว่า แล้วน้ำไหนที่แข็งตัวเร็วกว่า - เย็นหรือร้อน? บนถนนและในห้องปฏิบัติการ ความขัดแย้งของ Mpemba ควรเกิดขึ้น และน้ำร้อนควรกลายเป็นน้ำแข็งเร็วขึ้น

แต่คำถามยังคงเปิดอยู่

มีเพียงการยืนยันทางทฤษฎีของวิธีแก้ปัญหานี้ - ทั้งหมดนี้เขียนด้วยสูตรที่สวยงามและดูเป็นไปได้ แต่เมื่อนำข้อมูลการทดลองที่ทำให้น้ำเย็นเร็วขึ้น - ร้อนหรือเย็น - ถูกนำมาใช้จริงและนำเสนอผลลัพธ์ คำถามเกี่ยวกับความขัดแย้งของ Mpemba ก็ถือว่าปิดได้

“สารประกอบที่เสถียรที่สุดของไฮโดรเจนและออกซิเจน” คือคำจำกัดความของน้ำที่กำหนดโดย Concise Chemical Encyclopedia แต่ถ้าคุณดูดีๆ ของเหลวนี้ไม่ง่ายเลย มีคุณสมบัติพิเศษที่น่าทึ่งและพิเศษมากมายมากมาย นักวิจัยทางน้ำชาวยูเครนเล่าให้เราฟังเกี่ยวกับความสามารถพิเศษของน้ำ สตานิสลาฟ ซูปรูเนนโก.

ความจุความร้อนสูง

น้ำร้อนช้ากว่าทรายห้าเท่าและช้ากว่าเหล็กสิบเท่า ในการอุ่นน้ำหนึ่งลิตรขึ้นหนึ่งองศา ต้องใช้ความร้อนมากกว่าการอุ่นอากาศหนึ่งลิตรถึง 3,300 เท่า การดูดซับความร้อนจำนวนมหาศาลทำให้สารนั้นไม่ร้อนมากนัก แต่เมื่อมันเย็นลง มันจะคายความร้อนออกมามากเท่ากับที่มันได้รับเมื่อทำให้ร้อนขึ้น ความสามารถในการสะสมและปล่อยความร้อนนี้ทำให้สามารถลดความผันผวนของอุณหภูมิอย่างรวดเร็วบนพื้นผิวโลกได้ แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด! ความจุความร้อนของน้ำลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก 0 ถึง 370C นั่นคือภายในขอบเขตเหล่านี้ทำให้ร้อนได้ง่ายไม่ต้องใช้ความร้อนและเวลามากนัก แต่หลังจากขีดจำกัดอุณหภูมิที่ 370C ความจุความร้อนจะเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าจะต้องใช้ความพยายามมากขึ้นในการทำความร้อน ได้มีการกำหนดไว้แล้วว่า: น้ำมีความจุความร้อนขั้นต่ำที่อุณหภูมิ 36.790C และนี่คืออุณหภูมิปกติของร่างกายมนุษย์! คุณภาพของน้ำนี้เองที่ทำให้อุณหภูมิของร่างกายมนุษย์มีความเสถียร

แรงตึงผิวของน้ำสูง

แรงตึงผิวคือแรงดึงดูดและการทำงานร่วมกันระหว่างโมเลกุล สามารถสังเกตได้ด้วยสายตาในถ้วยที่เต็มไปด้วยชา หากค่อยๆเติมน้ำลงไป น้ำจะไม่ล้นทันที มองใกล้ยิ่งขึ้น: คุณสามารถมองเห็นฟิล์มบางๆ เหนือพื้นผิวของของเหลว ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้ของเหลวหกออกมา มันจะขยายตัวเมื่อมีการเพิ่ม และสิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อ "หยดสุดท้าย" เท่านั้น
ของเหลวทุกชนิดมีแรงตึงผิว แต่ก็แตกต่างกันไปในแต่ละคน น้ำมีแรงตึงผิวสูงที่สุดชนิดหนึ่ง มีเพียงปรอทเท่านั้นที่มีมากกว่านั้น ซึ่งเป็นสาเหตุที่เมื่อรั่วไหลก็จะกลายเป็นลูกบอลทันที: โมเลกุลของสารจะ "ติด" กันอย่างแน่นหนา แต่แอลกอฮอล์ อีเทอร์ และกรดอะซิติกมีแรงตึงผิวต่ำกว่ามาก โมเลกุลของพวกมันจะดึงดูดกันน้อยกว่า ด้วยเหตุนี้พวกมันจึงระเหยเร็วขึ้นและกระจายกลิ่นออกไป

ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอสูง

ภาพถ่ายโดย Shutterstock

การระเหยน้ำต้องใช้ความร้อนมากกว่าการต้มถึงห้าเท่าครึ่ง หากไม่ใช่เพราะคุณสมบัติของน้ำ - ที่จะระเหยอย่างช้าๆ - ทะเลสาบและแม่น้ำหลายแห่งก็จะแห้งเหือดในฤดูร้อน
น้ำหนึ่งล้านตันทั่วโลกระเหยออกจากไฮโดรสเฟียร์ทุกๆ นาที เป็นผลให้ความร้อนจำนวนมหาศาลเข้าสู่ชั้นบรรยากาศซึ่งเทียบเท่ากับการดำเนินงานของโรงไฟฟ้า 40,000 แห่งที่มีกำลังการผลิต 1 พันล้านกิโลวัตต์ต่อโรง

ส่วนขยาย

เมื่ออุณหภูมิลดลง สารทั้งหมดจะหดตัว ทุกอย่างแต่ไม่ใช่น้ำ น้ำจะทำงานได้ค่อนข้างปกติจนกว่าอุณหภูมิจะลดลงต่ำกว่า 40C โดยจะมีความหนาแน่นมากขึ้นเล็กน้อย จึงลดปริมาตรลง แต่หลังจากอุณหภูมิ 3,980C มันทำงานหรือค่อนข้างจะขยายตัว แม้ว่าอุณหภูมิจะลดลงก็ตาม! กระบวนการดำเนินไปอย่างราบรื่นจนถึงอุณหภูมิ 00C จนกระทั่งน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง ทันทีที่น้ำแข็งก่อตัว ปริมาตรของน้ำที่เป็นของแข็งอยู่แล้วจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว 10%