Mpemba efekt(Mpemba paradoks) – paradoks, mis väidab, et kuum vesi külmub teatud tingimustel kiiremini kui külm vesi, kuigi külmumise käigus peab see läbima külma vee temperatuuri. See paradoks on eksperimentaalne tõsiasi, mis on vastuolus tavapäraste ideedega, mille kohaselt kulub samades tingimustes rohkem kuumutatud kehal teatud temperatuurini jahtumiseks rohkem aega kui vähem kuumenenud kehal sama temperatuurini jahtumiseks.

Seda nähtust märkasid omal ajal Aristoteles, Francis Bacon ja Rene Descartes, kuid alles 1963. aastal avastas Tansaania koolipoiss Erasto Mpemba, et kuum jäätisesegu külmub kiiremini kui külm.

Tansaanias Magambi keskkooli õpilasena tegi Erasto Mpemba praktilist tööd kokana. Tal oli vaja teha isetehtud jäätist – keeta piim, lahustada selles suhkur, jahutada toatemperatuurile ja panna siis külmkappi tarduma. Ilmselt polnud Mpemba eriti usin õpilane ja viivitas ülesande esimese osa täitmisega. Kartes, et tunni lõpuks ei jõua, pani ta veel kuuma piima külmkappi. Tema üllatuseks külmus see isegi varem kui etteantud tehnoloogia järgi valmistatud seltsimeeste piim.

Pärast seda katsetas Mpemba mitte ainult piima, vaid ka tavalise veega. Igal juhul küsis ta juba Mkwava keskkooli õpilasena professor Dennis Osborne’ilt Dar Es Salaami ülikooli kolledžist (kooli direktor kutsus õpilastele füüsika loengut pidama) konkreetselt vee kohta: „Kui võtate kaks identset anumat võrdse veekogusega nii, et ühes neist oleks vee temperatuur 35 °C ja teises - 100 °C, ja asetage need sügavkülma, siis teises külmub vesi kiiremini. Miks? Osborne tundis selle probleemi vastu huvi ja peagi, 1969. aastal, avaldas ta koos Mpembaga oma katsete tulemused ajakirjas Physics Education. Sellest ajast alates on nende avastatud efekti kutsutud Mpemba efekt.

Seni ei tea keegi täpselt, kuidas seda kummalist efekti seletada. Teadlastel pole ühest versiooni, kuigi neid on palju. See kõik puudutab kuuma ja külma vee omaduste erinevust, kuid pole veel selge, millised omadused mängivad antud juhul rolli: erinevus ülejahutuses, aurustumises, jää tekkimises, konvektsioonis või veeldatud gaaside mõjul veele erinevad temperatuurid.

Mpemba efekti paradoks seisneb selles, et aeg, mille jooksul keha jahtub ümbritseva õhu temperatuurini, peaks olema võrdeline selle keha ja keskkonna temperatuuride erinevusega. Selle seaduse kehtestas Newton ja seda on hiljem praktikas korduvalt kinnitatud. Selle mõjul jahtub vesi temperatuuriga 100 °C temperatuurini 0 °C kiiremini kui sama kogus vett temperatuuriga 35 °C.

See aga ei tähenda veel paradoksi, kuna Mpemba efekti saab seletada tuntud füüsika raames. Siin on mõned selgitused Mpemba efekti kohta:

Aurustumine

Kuum vesi aurustub anumast kiiremini, vähendades seeläbi selle mahtu ning väiksem kogus sama temperatuuriga vett külmub kiiremini. 100 C-ni kuumutatud vesi kaotab temperatuurini 0 C jahutamisel 16% oma massist.

Aurustumisefekt on kahekordne efekt. Esiteks väheneb jahutamiseks vajaliku vee mass. Ja teiseks, temperatuur langeb tänu sellele, et veefaasist aurufaasi ülemineku aurustumissoojus väheneb.

Temperatuuri erinevus

Tänu sellele, et sooja vee ja külma õhu temperatuuride vahe on suurem, on soojusvahetus sel juhul intensiivsem ja kuum vesi jahtub kiiremini.

Hüpotermia

Kui vesi jahtub alla 0 C, ei jäätu see alati. Teatud tingimustel võib see ülejahtuda, jäädes külmumistemperatuurist madalamal temperatuuril vedelaks. Mõnel juhul võib vesi jääda vedelaks isegi temperatuuril –20 C.

Selle efekti põhjuseks on see, et esimeste jääkristallide tekkeks on vaja kristallide moodustumise keskusi. Kui neid vedelas vees ei ole, jätkub ülejahutamine seni, kuni temperatuur langeb piisavalt, et kristallid tekiksid spontaanselt. Kui nad hakkavad ülejahutatud vedelikus moodustuma, hakkavad nad kiiremini kasvama, moodustades lörtsijää, mis külmub jääks.

Kuum vesi on kõige vastuvõtlikum hüpotermiale, kuna selle kuumutamine eemaldab lahustunud gaasid ja mullid, mis omakorda võivad olla jääkristallide moodustumise keskused.

Miks hüpotermia tõttu kuum vesi kiiremini külmub? Külma vee puhul, mis ei ole ülejahutatud, juhtub järgmine. Sel juhul tekib anuma pinnale õhuke jääkiht. See jääkiht toimib isolaatorina vee ja külma õhu vahel ning takistab edasist aurustumist. Jääkristallide moodustumise kiirus on sel juhul väiksem. Ülejahutusega kuuma vee korral ei ole ülejahutatud vees kaitsvat jääkihti. Seetõttu kaotab see avatud ülaosa kaudu soojust palju kiiremini.

Kui ülejahutusprotsess lõppeb ja vesi külmub, läheb palju rohkem soojust kaduma ja seetõttu tekib rohkem jääd.

Paljud selle mõju uurijad peavad Mpemba efekti puhul peamiseks teguriks hüpotermiat.

Konvektsioon

Külm vesi hakkab külmuma ülalt, halvendades seeläbi soojuskiirguse ja konvektsiooni protsesse ning seega ka soojuskadu, samas kui kuum vesi hakkab külmuma altpoolt.

Seda mõju seletatakse vee tiheduse anomaaliaga. Vee maksimaalne tihedus on 4 C. Kui jahutada vesi temperatuurini 4 C ja panna see madalamale temperatuurile, külmub vee pindmine kiht kiiremini. Kuna see vesi on vähem tihe kui vesi temperatuuril 4 C, jääb see pinnale, moodustades õhukese külma kihi. Nendel tingimustel tekib veepinnale lühikese aja jooksul õhuke jääkiht, kuid see jääkiht toimib isolaatorina, kaitstes alumisi veekihte, mille temperatuur püsib 4 C juures. Seetõttu on edasine jahutusprotsess aeglasem.

Kuuma vee puhul on olukord hoopis teine. Vee pinnakiht jahtub aurustumise ja suurema temperatuuride erinevuse tõttu kiiremini. Lisaks on külmaveekihid tihedamad kui kuumaveekihid, mistõttu külmaveekiht vajub allapoole, tõstes sooja veekihi pinnale. Selline veeringlus tagab kiire temperatuuri languse.

Aga miks see protsess ei jõua tasakaalupunkti? Mpemba efekti selgitamiseks sellest konvektsiooni vaatenurgast oleks vaja eeldada, et külm ja kuum veekiht eralduvad ning konvektsiooniprotsess ise jätkub pärast keskmise veetemperatuuri langemist alla 4 C.

Siiski puuduvad eksperimentaalsed tõendid, mis toetaksid seda hüpoteesi, et külma ja kuuma veekihti eraldab konvektsiooniprotsess.

Vees lahustunud gaasid

Vesi sisaldab alati selles lahustunud gaase – hapnikku ja süsihappegaasi. Nendel gaasidel on võime alandada vee külmumistemperatuuri. Vee kuumutamisel eralduvad need gaasid veest, kuna nende lahustuvus vees on kõrgetel temperatuuridel madalam. Seetõttu sisaldab kuum vesi jahtudes alati vähem lahustunud gaase kui soojendamata külmas vees. Seetõttu on kuumutatud vee külmumistemperatuur kõrgem ja see külmub kiiremini. Seda tegurit peetakse mõnikord Mpemba efekti selgitamisel peamiseks, kuigi seda fakti kinnitavad eksperimentaalsed andmed puuduvad.

Soojusjuhtivus

See mehhanism võib mängida olulist rolli, kui vesi asetatakse väikestes anumates külmikuosa sügavkülmikusse. Nendes tingimustes on täheldatud, et kuuma vee anum sulatab selle all oleva sügavkülmiku jää, parandades seeläbi soojuskontakti sügavkülmiku seinaga ja soojusjuhtivust. Tänu sellele eemaldatakse kuumaveenõust kuumus kiiremini kui külmast. Külma veega anum omakorda ei sulata alt lund.

Kõiki neid (nagu ka muid) tingimusi uuriti paljudes katsetes, kuid selget vastust küsimusele – milline neist tagab Mpemba efekti sajaprotsendilise taasesituse – ei saadud kunagi.

Näiteks 1995. aastal uuris saksa füüsik David Auerbach vee ülejahutuse mõju sellele efektile. Ta avastas, et kuum vesi, saavutades ülejahutuse, külmub kõrgemal temperatuuril kui külm vesi ja seega kiiremini kui viimane. Kuid külm vesi jõuab ülejahutatud olekusse kiiremini kui kuum vesi, kompenseerides sellega eelmise viivituse.

Lisaks olid Auerbachi tulemused vastuolus varasemate andmetega, mille kohaselt suutis kuum vesi saavutada suurema ülejahutuse tänu vähematele kristallisatsioonikeskustele. Vee kuumutamisel eemaldatakse sellest lahustunud gaasid, keetes sadestuvad mõned selles lahustunud soolad.

Praegu saab väita vaid üht – selle efekti taastootmine sõltub oluliselt katse läbiviimise tingimustest. Just sellepärast, et seda alati ei reprodutseerita.

O. V. Mosin

Kirjanduslikallikatest:

"Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi. Miks see nii teeb?", Jearl Walker ajakirjas The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, nr. 3, lk 246-257; september 1977.

"Kuuma ja külma vee külmutamine", G.S. Kell ajakirjas American Journal of Physics, Vol. 37, nr. 5, lk 564-565; mai, 1969.

"Supercooling and the Mpemba efekt", David Auerbach, American Journal of Physics, Vol. 63, nr. 10, lk 882-885; oktoober 1995.

"The Mpemba efekt: kuuma ja külma vee külmumisajad", Charles A. Knight, American Journal of Physics, Vol. 64, nr. 5, lk 524; mai, 1996.

Briti kuninglik keemiaühing pakub 1000 naela suurust preemiat kõigile, kes suudavad teaduslikult selgitada, miks kuum vesi külmub mõnel juhul kiiremini kui külm vesi.

"Tänapäeva teadus ei suuda sellele pealtnäha lihtsale küsimusele ikka veel vastata. Jäätisevalmistajad ja baarmenid kasutavad seda efekti oma igapäevatöös, kuid keegi ei tea tegelikult, miks see toimib. See probleem on olnud teada aastatuhandeid ning filosoofid nagu Aristoteles ja Descartes on sellele mõelnud,” ütles Briti Kuningliku Keemiaühingu president professor David Phillips, nagu tsiteeritakse Ühingu pressiteates.

Kuidas Aafrikast pärit kokk alistas Briti füüsikaprofessori

See pole aprillinali, vaid karm füüsiline reaalsus. Kaasaegne teadus, mis töötab kergesti galaktikate ja mustade aukudega ning ehitab kvarkide ja bosonite otsimiseks hiiglaslikke kiirendeid, ei suuda seletada, kuidas elementaarne vesi "töötab". Kooliõpikus on selgelt kirjas, et kuumema keha jahutamiseks kulub rohkem aega kui külma keha jahutamiseks. Kuid vee puhul seda seadust alati ei järgita. Aristoteles juhtis sellele paradoksile tähelepanu 4. sajandil eKr. e. Vanakreeklane kirjutas oma raamatus Meteorologica I järgmiselt: „Asjaolu, et vesi on eelkuumutatud, põhjustab selle külmumise. Seetõttu panevad paljud inimesed, kui tahavad kuuma vett kiiremini jahutada, esmalt päikese kätte...” Keskajal püüdsid seda nähtust selgitada Francis Bacon ja Rene Descartes. Paraku ei õnnestunud see ei suurtel filosoofidel ega arvukatel klassikalist termofüüsikat välja töötanud teadlastel ja seetõttu "unustati" selline ebamugav fakt pikka aega.

Ja alles 1968. aastal “mäletasid” nad tänu Tansaaniast pärit koolipoisile Erasto Mpembele, kaugel ühestki teadusest. 1963. aastal kokakunstikoolis õppides sai 13-aastane Mpembe ülesandeks valmistada jäätist. Tehnoloogia järgi oli vaja piim keeta, selles suhkur lahustada, toatemperatuurini jahutada ning seejärel külmkappi tarduma panna. Ilmselt polnud Mpemba usin õpilane ja kõhkles. Kartes, et tunni lõpuks ei jõua, pani ta veel kuuma piima külmkappi. Tema üllatuseks külmus see isegi varem kui tema seltsimeeste piim, mis oli valmistatud kõigi reeglite järgi.

Kui Mpemba oma avastust oma füüsikaõpetajaga jagas, naeris ta tema üle terve klassi ees. Mpembale jäi solvang meelde. Viis aastat hiljem, olles juba Dar es Salaami ülikooli üliõpilane, osales ta kuulsa füüsiku Denis G. Osborne'i loengus. Pärast loengut esitas ta teadlasele küsimuse: "Kui võtate kaks identset anumat võrdse koguse veega, millest üks on 35 °C (95 °F) ja teine ​​100 °C (212 °F), ja asetate need kohale. sügavkülmas, siis vesi kuumas anumas külmub kiiremini. Miks?" Võite ette kujutada Briti professori reaktsiooni jumalast hüljatud Tansaaniast pärit noormehe küsimusele. Ta tegi õpilase üle nalja. Mpemba oli aga selliseks vastuseks valmis ja esitas teadlasele väljakutse. Nende vaidlus lõppes eksperimentaalse testiga, mis kinnitas, et Mpembal oli õigus ja Osborne sai lüüa. Nii kirjutas õpipoiss kokk oma nime teadusajalukku ja nüüdsest nimetatakse seda nähtust "Mpemba efektiks". Seda on võimatu ära visata, seda "olematuks" kuulutada. Nähtus on olemas ja nagu luuletaja kirjutas, "see ei tee haiget".

Kas selles on süüdi tolmuosakesed ja lahustunud ained?

Aastate jooksul on paljud püüdnud lahti harutada vee külmumise saladust. Selle nähtuse kohta on pakutud välja terve hulk selgitusi: aurustumine, konvektsioon, lahustunud ainete mõju – kuid ühtegi neist teguritest ei saa pidada lõplikuks. Mitmed teadlased on kogu oma elu pühendanud Mpemba efektile. New Yorgi osariigi ülikooli kiirgusohutuse osakonna liige James Brownridge on paradoksi oma vabal ajal uurinud kümme aastat. Pärast sadade katsete läbiviimist väidab teadlane, et tal on tõendeid hüpotermia "süü" kohta. Brownridge selgitab, et 0 °C juures muutub vesi ainult ülejahutuks ja hakkab külmuma, kui temperatuur langeb allapoole. Külmumistemperatuuri reguleerivad vees leiduvad lisandid – need muudavad jääkristallide tekkekiirust. Lisanditel, nagu tolmuosakesed, bakterid ja lahustunud soolad, on kristallisatsioonikeskuste ümber jääkristallide moodustumisel iseloomulik tuumamistemperatuur. Kui vees on korraga mitu elementi, määratakse külmumistemperatuur selle järgi, millel on kõrgeim nukleatsioonitemperatuur.

Katse jaoks võttis Brownridge kaks sama temperatuuriga veeproovi ja asetas need sügavkülma. Ta avastas, et üks isenditest külmus alati enne teist, arvatavasti erineva lisandite kombinatsiooni tõttu.

Brownridge ütleb, et kuum vesi jahtub kiiremini, kuna vee ja sügavkülmiku temperatuuride vahel on suurem erinevus – see aitab külmumispunkti jõuda enne, kui külm vesi saavutab oma loomuliku külmumispunkti, mis on vähemalt 5 °C madalam.

Brownridge'i arutluskäik tekitab aga palju küsimusi. Seetõttu on neil, kes suudavad Mpemba efekti omal moel selgitada, võimalus võistelda Briti Kuningliku Keemiaühingu tuhande naelsterlingi eest.

On palju tegureid, mis mõjutavad seda, milline vesi külmub kiiremini, kuum või külm, kuid küsimus ise tundub veidi kummaline. Füüsikast on teada, et kuum vesi vajab jääks muutumiseks veel aega, et jahtuda võrreldava külma vee temperatuurini. Selle etapi saab vahele jätta ja vastavalt sellele võidab ta õigeaegselt.

Kuid vastust küsimusele, milline vesi külmub väljas kiiremini - külm või kuum - külma käes, teab iga põhjalaiuskraadide elanik. Tegelikult selgub teaduslikult, et igal juhul külm vesi lihtsalt külmub kiiremini.

Füüsikaõpetaja, kelle poole 1963. aastal koolipoiss Erasto Mpemba pöördus, arvas sama sooviga selgitada, miks tulevase jäätise külma segu külmumine võtab kauem aega kui sarnasel, kuid kuumal.

"See pole universaalne füüsika, vaid mingi Mpemba füüsika"

Toona õpetaja vaid naeris selle peale, aga füüsikaprofessor Deniss Osborne, kes omal ajal käis samas koolis, kus Erasto õppis, kinnitas katseliselt sellise efekti olemasolu, kuigi seletusi sellele siis polnud. 1969. aastal avaldati populaarteaduslikus ajakirjas nende kahe inimese ühine artikkel, mis kirjeldas seda omapärast efekti.

Sellest ajast peale, muide, on küsimusel, milline vesi külmub kiiremini - kuum või külm - oma nimi - Mpemba efekt ehk paradoks.

Küsimus on olnud juba pikka aega

Loomulikult toimus selline nähtus varem ja seda mainiti ka teiste teadlaste töödes. See teema ei huvitanud mitte ainult koolilapsi, vaid omal ajal mõtlesid sellele ka Rene Descartes ja isegi Aristoteles.

Kuid nad hakkasid selle paradoksi lahendamise viise otsima alles kahekümnenda sajandi lõpus.

Tingimused paradoksi tekkimiseks

Nagu jäätise puhul, ei külmu katse ajal ainult tavaline vesi. Teatud tingimused peavad olema selleks, et hakata vaidlema, kumb vesi külmub kiiremini – külm või kuum. Mis mõjutab selle protsessi kulgu?

Nüüd, 21. sajandil, on välja pakutud mitu võimalust, mis võivad seda paradoksi selgitada. Milline vesi külmub kiiremini, kuum või külm, võib sõltuda sellest, et selle aurustumiskiirus on kõrgem kui külmal veel. Seega selle maht väheneb ja mahu vähenedes muutub külmumisaeg lühemaks kui siis, kui võtaksime sama algmahu külma vett.

Sügavkülmiku sulatamisest on möödas mõnda aega.

Milline vesi külmub kiiremini ja miks see juhtub, võib mõjutada eksperimendis kasutatud külmiku sügavkülmikus esineda võiv lumevooder. Kui võtta kaks mahult identset anumat, kuid ühes neist on kuum vesi ja teises külm, sulatab kuuma veega anum selle all oleva lume, parandades seeläbi termotasandi kontakti külmiku seinaga. Külma vee anum ei saa seda teha. Kui külmikukambris sellist lumega vooderdust pole, peaks külm vesi kiiremini külmuma.

Ülemine - alumine

Samuti selgitatakse nähtust, mille kohaselt vesi külmub kiiremini – kuumalt või külmalt – järgmiselt. Teatud seadusi järgides hakkab külm vesi jäätuma ülemistest kihtidest, kui kuum vesi teeb vastupidist – hakkab külmuma alt üles. Selgub, et külm vesi, mille peal on külm kiht, mille peal on kohati juba tekkinud jää, halvendab seega konvektsiooni ja soojuskiirguse protsesse, selgitades sellega, milline vesi külmub kiiremini - külm või kuum. Lisatud on fotod amatöörkatsetest ja see on siin selgelt näha.

Kuumus kustub, tormab ülespoole ja seal kohtub see väga laheda kihiga. Soojuskiirgusele pole vaba teed, mistõttu jahutusprotsess muutub keeruliseks. Kuuma vee teel pole absoluutselt selliseid takistusi. Kumb külmub kiiremini – külm või kuum, mis määrab tõenäolise tulemuse. Võite vastust laiendada, öeldes, et igas vees on teatud aineid lahustunud?

Lisandid vees kui tulemust mõjutav tegur

Kui mitte petta ja kasutada sama koostisega vett, kus teatud ainete kontsentratsioonid on identsed, siis külm vesi peaks külmuma kiiremini. Aga kui tekib olukord, kus lahustunud keemilised elemendid on ainult kuumas vees ja külmas vees neid pole, siis on kuumal veel võimalus külmuda varem. Seda seletatakse asjaoluga, et vees lahustunud ained tekitavad kristallisatsioonitsentreid ja nende tsentrite vähese arvu korral on vee muutmine tahkeks olekuks keeruline. On isegi võimalik, et vesi on ülejahutatud, selles mõttes, et miinustemperatuuril on see vedelas olekus.

Kuid kõik need versioonid ilmselt teadlastele täielikult ei sobinud ja nad jätkasid selle probleemi kallal tööd. 2013. aastal ütles Singapuri teadlaste meeskond, et nad on lahendanud igivana mõistatuse.

Rühm Hiina teadlasi väidab, et selle efekti saladus peitub energia hulgas, mis salvestub veemolekulide vahele selle sidemetes, mida nimetatakse vesiniksidemeteks.

Hiina teadlaste vastus

Järgneb teave, mille mõistmiseks peate omama mõningaid teadmisi keemiast, et mõista, milline vesi külmub kiiremini - kuum või külm. Nagu teada, koosneb see kahest H (vesiniku) aatomist ja ühest O (hapniku) aatomist, mida hoiavad koos kovalentsed sidemed.

Kuid ka ühe molekuli vesinikuaatomeid tõmbavad naabermolekulid, nende hapnikukomponent. Neid sidemeid nimetatakse vesiniksidemeteks.

Tasub meeles pidada, et samal ajal mõjuvad veemolekulid üksteisele tõrjuvalt. Teadlased märkisid, et kui vett kuumutatakse, suureneb selle molekulide vaheline kaugus ja seda soodustavad tõrjuvad jõud. Selgub, et kui hõivata külmas olekus molekulide vahel sama vahemaa, võib öelda, et need venivad ja neil on suurem energiavaru. Just see energiavaru vabaneb siis, kui veemolekulid hakkavad üksteisele lähemale liikuma, st toimub jahtumine. Selgub, et kuumas vees tekib suurem energiavaru ja selle suurem vabanemine miinustemperatuurini jahtumisel kiiremini kui külmas vees, mille energiavaru on väiksem. Niisiis, milline vesi külmub kiiremini - külm või kuum? Tänaval ja laboris peaks tekkima Mpemba paradoks ning kuum vesi peaks muutuma kiiremini jääks.

Kuid küsimus on endiselt lahtine

Sellel lahendusel on vaid teoreetiline kinnitus – kõik see on ilusate valemitega kirjas ja tundub usutav. Kuid kui katseandmed selle kohta, mille kohta vesi külmub kiiremini - kuumalt või külmalt - hakatakse praktiliselt kasutama, ja nende tulemused esitatakse, võib Mpemba paradoksi küsimuse lugeda lõpetatuks.

Tere, kallid huvitavate faktide armastajad. Täna räägime teiega sellest. Aga ma arvan, et pealkirjas püstitatud küsimus võib tunduda lihtsalt absurdne – aga alati tuleks jagamatult usaldada kurikuulsat “tervet mõistust”, mitte rangelt kehtestatud testeksperimenti. Proovime välja mõelda, miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi?

Ajalooline viide

Et külma ja kuuma vee jäätumise küsimuses mainiti Aristotelese teostes “kõik pole puhas”, siis tegid sarnaseid märkmeid F. Bacon, R. Descartes ja J. Black. Lähiajaloos on see efekt saanud nimeks “Mpemba paradoks” – see sai nime Tanganjika koolipoisi Erasto Mpemba järgi, kes esitas sama küsimuse külalisfüüsikaprofessorile.

Poisi küsimus ei tekkinud tühjalt kohalt, vaid puhtalt isiklikest tähelepanekutest jäätisesegude jahutamise protsessist köögis. Muidugi ajasid Mpembat naerma seal viibinud klassikaaslased koos kooliõpetajaga – aga pärast professor D. Osborne’i isiklikult tehtud eksperimentaalset testi “haihtus” neist soov Erasto üle nalja heita. Veelgi enam, Mpemba avaldas koos professoriga 1969. aastal ajakirjas Physics Education selle efekti üksikasjaliku kirjelduse - ja sellest ajast alates on ülalmainitud nimi teaduskirjanduses fikseeritud.

Mis on nähtuse olemus?

Katse ülesehitus on üsna lihtne: kui kõik muud asjad on võrdsed, testitakse identseid õhukeseseinalisi anumaid, mis sisaldavad rangelt võrdses koguses vett, mis erinevad ainult temperatuuri poolest. Anumad laaditakse külmkappi, mille järel registreeritakse igas neist jää tekkimiseni kulunud aeg. Paradoks on see, et algselt kuumema vedelikuga anumas toimub see kiiremini.


Kuidas kaasaegne füüsika seda seletab?

Paradoksil pole universaalset seletust, kuna koos toimuvad mitmed paralleelsed protsessid, mille panus võib olenevalt konkreetsetest algtingimustest varieeruda – kuid ühesuguse tulemusega:

  • vedeliku võime ülejahtuda - esialgu on külm vesi rohkem altid ülejahtumisele, s.t. jääb vedelaks, kui selle temperatuur on juba alla külmumispunkti
  • kiirendatud jahutamine - kuuma vee aur muudetakse jää mikrokristallideks, mis tagasi langedes kiirendavad protsessi, töötades täiendava "välise soojusvahetina"
  • isolatsiooniefekt - erinevalt kuumast veest külm vesi külmub ülalt, mis põhjustab konvektsiooni ja kiirguse soojusülekande vähenemist

Seletusi on mitmeid teisigi (viimati korraldas Briti Kuninglik Keemia Selts parima hüpoteesi konkursi hiljuti, 2012. aastal) – kuid endiselt pole üheselt mõistetavat teooriat kõigi sisendtingimuste kombinatsioonide juhtude kohta...