close
تبلیغات در اینترنت
خرید دامنه
آب گرم زودتر یخ می زند یا آب سرد ؟
loading...

علوم برای شما

آب گرم زودتر یخ می زند یا آب سرد ؟ پاسخ شما به این سوال چیست ؟ آیا آب ۳۰ درجه سانتی گراد و آب ۷۰ درجه سانتی گراد در مدت زمان یخ زدن با هم متفاوتند ؟ کدام زودتر یخ می زند ؟ پاسخ عجیب به نظر می رسد اما واقعیست . بله درست حدس زدید آب داغ زودتر یخ می زند ! اين پديده يك پديده فيزيكي باورنكردني…

خرید شارژ

آخرين ارسال هاي انجمن

آب گرم زودتر یخ می زند یا آب سرد ؟

آب گرم زودتر یخ می زند یا آب سرد ؟

پاسخ شما به این سوال چیست ؟ آیا آب ۳۰ درجه سانتی گراد و آب ۷۰ درجه سانتی گراد در مدت زمان یخ زدن با هم متفاوتند ؟ کدام زودتر یخ می زند ؟

پاسخ عجیب به نظر می رسد اما واقعیست . بله درست حدس زدید آب داغ زودتر یخ می زند !

اين پديده يك پديده فيزيكي باورنكردني است كه واقعًا در يخچال خانه ها اتفاق ميافتد شايد فكر كنيد اين پديده اي جديد است، اما بهتر است بدانيد كه اين موضوع را از زمان ارسطو مي دانستند وافرادي مانند ارسطو، بيكن و دكارت مطالعاتي روي آن انجام داده بودند، اما نتوانستند توجیهی برای آن بیابند .

در سال 1963 دانش آموزان دبیرستانی در کشور تانزانیا می خواستند برای یک مراسم بستی تهیه کنند.برای تهیه بستنی از شیرجوشیده وشکر استفاده می شود.دانش آموزی به نام امپمبا ( Mpemba ) برای اینکه دیگران ظرف خود زودتر از او در یخچال مدرسه نگذارند وممکن است جایی برای او نماندظرف گرم خود را داخل یخچال گذاشت. در کمال تعجب مشاهده کرد با وجود اینکه دانش آموزان دیگر ظرف خود را سرد کرده بودندوبعد آن را داخل یخچال گذاشته بودندظرف او زودتر سرد شده بود.این موضوع را با دبیر فیزیک خود در میان گذاشت اما دبیر فیزیکش چنین چیزی را قبول نکرد.بعد از مدتی مدرسه از یک متخصص فیزیک به نام دکتر آزبورن دعوت به عمل آوردامپمبا دوباره سوال خود را مطرح کرد.اما دکتر آزبورن نیز نتوانست این پدیده را توضیح دهد.اما قول دادآن را آزمایش کند ونتیجه را به بگویید.دکتر آزبون در این زمینه کار را شروع کرد.وسرانجام به درستی گفته امپمبا رسیدودر مقاله در سال 1969در مجله نیوساینتیست به چاپ رسانید این اثر امپمبا Mpemba effectنامید.

اما این پدیده چگونه رخ می دهد ؟

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.

برخی از این دلایل به شرح زیر است :

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 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.

۵ -خروج گازهای حل شده از آب :
می دانیم که انحلال پذیری گازها با افزایش دما کاهش می یابد و نیز میدانیم که وجود ذراتحل شونده در یک حلال موجب کاهش دمای انجماد میشود . بنابراین می توان پذیرفت آب سرد حاوی میزان بیشتری از گازهای محلول بوده پس دمای انجماد پائین تری دارد و فرایند انجماد آن کند تر اتفاق میافتد . ولی این هم باز به تنهائی برای توجیه پدیده ممبا کفایت نمی کند زیرا اگر یک مقدار آب را به دقت جوشانیم تا گازهای محلول درآن کاملا خارج شود بعدآن را تا دمای 20درجه سرد کنیم و یک گاز جوشیده بدون گاز را در شرایط دمائی 70درجه نگهداریم باز هم آب 70درجه سانتی گراد زودتر منجمد میشود
۶ - تاثیر بر محیط :
آب داغ ممکن است محیط اطراف خود را دچار چنان تغییراتی کتد که پس از آن انجماد سریع تر اتفاق بیفتد مثلا وقتی ظرف حاوی آب داغ را برروی برفک یخچال قرار میدهیم برفک یخچال ذوب میشود در این صورت آب گرم تماس بهتری با دستگاه سردکننده خواهد داشت ولی اگر چه این عامل هم میتواند تاثیرگذارباشد ولی به تنهائی نمی تواند پدیده ممبا را توجیه کند چون حتی وقتی هردو ظرف برروی یک سطح عایق قرار داده شوند بطوریکه ذوب برفک یخچال اتفاق نیفتدباز هم پدیده ممبا دیده می شود
ابر سرد شدن :
ابر سرد شدن نیز به عنوان یکی از دلایل ایجادپدیده ممبا مطرح شده است . منظور از ابر سرد سدن این است که آب در دمائی پایین تراز صفر درجه منجمدشود.دردمای صفر درجه مولکولهای آ ب میخواهند به شکل بلور یخ ساختار منظمی بگیرند یعنی حرکات کاتوره ای خود را به عنوان یک مایع از دست می دهند ولی گاهی اوقات ذرات آبی که تاحد صفر درجه سرد شده اند هیچ بهم پیوستگی نمی بینند بنابراین آب تادمائی زیر صفر درجه بدون یخ زدن سرد میشودآزمایشات نشان می دهد آبی که درآغاز گرمتر بوده تنها تا 2 درجه ابر سرد می شود در حالی که آبی که از آغاز سردتر بوده تا 8 درجه ابر سرد می گردد بنابراین آب سرد دیرتر منجمد می شود .البته درستی فرایند ابر سرد شدن هنوز کاملا تائید نشده است ولی حتی در صورت تائید نمی تواند توجیه خوبی برای پدیده ممبا باشد چون به جای آنکه معما ، معمای دیگری قرار میدهد چرا باید آبیکه درایتدا گرمتر بوده بیشتر از آبی که درآغاز سردتربوده ابر سرد شود ؟البته یک پاسخ برای این سوال این است که چون آب سرد حل شوند گازی شکل بیشتری دارد دمای انجماد آن کمتر است . ولی چنانچه در بخش گازهای حل شده گفته شد حتی در صورت خروج کامل گازهای محلول باز هم پدیده ممبا اتفاق می افتد
۷ -همرفت :
توجیه دیگری برای پدیده ممبا توجه به این واقیت است که دمای آب غیر یکنواخت میشود و همچنانکه آب سرد میشود گرادیان های دما و جریان های همرفت افزایشمی یابند . با افزایش دما چگالی آب کاهش می یابد بنابراین پس از گذشت زمان ، همچنانکه آب سرد می شود برروی سطح آب یک سطح داغ فوقانی ایجاد می شود یعنی دمای آب در سطح بشتر از دمای متوسط آب درکف ظرف خواهد بود . اگر آب دمای خود را اساسا از سطح از دست بدهد این به آن معنی است که آب گرمارا سریع تر از حالتی از دست می دهد که با در نظر گرفتن دمای متوسطش ازآن انتظار میرفت . به عبارت بهتر برای هر دمائی هرچه توزیع دمائی آب غیر یکنواخت تر باشد اتلاف گرما بیشتر است در واقع آبی که داغ تر است به سرعت دچار کاهش دما می شود و موجب ایجاد جریانهای همرفتی می گردد .برقراری این جریانهای همرفتی سبب میشود که دمای آب از بالا تاپائین بشدت دچار تغییر شود ولی آبی که دمای کمی دارد آهسته تر سرد می شود پس سرعت ایجاد جریان های همرفتی هم در آن کمتر است ودیرتر دچار کاهش دما می شوددر یک مثال واقعی میتوان فرض کرد آب گرم تر ، از دمای 70 درجه وآب سردتر از دمای 30 درجه آغاز کند . وقتی دمای متوسط آب 30درجه است همه جای آن به طور یکنواخت 30درجه دارد درحالیکه وقتی آب گرم به دمای متوسط 30درجه می رسد سطح آن دمایی بسیار بیشتر از 30درجه دارد بنابراین گرما را سریعتر از آبی ازدست می دهد که در همان دمای متوسط قرار داردبه نظر میرسد جریان های همرفتی میتواند به تنهائی پدیده ممبا را توجیه کند ولی این مشروط به آن است که بتوانیم یک مدل نظری برای جریانهای همرفتی داشته باشیم ولی چنین مدلی هنوز بدست نیامده است.

Bazle بازديد : 220 یکشنبه 12 آذر 1391 زمان : 10:54 نظرات ()
ارسال نظر براي اين مطلب

نام
ایمیل (منتشر نمی‌شود) (لازم)
وبسایت
:) :( ;) :D ;)) :X :? :P :* =(( :O @};- :B /:) :S
نظر خصوصی
مشخصات شما ذخیره شود ؟ [حذف مشخصات] [شکلک ها]
کد امنیتیرفرش کد امنیتی
تبليغات
  • فروشگاه اينترنتی
  • لينک دوستان

    آموزش آنلاین
    دانلود کتاب های درسی

    خرید شارژ