Ретурнинговый теплообмен и парадокс Мпембы

Сообщение №75486 от Бабинцев Виктор 28 июля 2012 г. 05:10
Тема: Ретурнинговый теплообмен и парадокс Мпембы

Еще во времена Аристотеля было известно, что горячая вода, помещенная в деревянное ведро и выставленная на мороз, замерзает быстрее такого же количества холодной воды, помещенной в такое же ведро. Это «свойство воды» тогда не было объяснено и о нем, как это часто бывает, просто забыли. Однако наблюдательный школьник Эрасто Мпемба (Танзания) в 1963 году заметил, что горячая смесь для приготовления мороженного замерзает в морозилке быстрее, чем смесь комнатной температуры, и сообщил об этом учителю физики. Учитель над ним посмеялся. Но настойчивый ученик вскоре просто показал своему учителю неожиданный физический опыт. В 1969 году о "парадоксе Мпембы" стало известно из научной печати. Сейчас результат этого нелогичного опыта все чаще называют эффектом Аристотеля-Мпембы, но он все еще ждет своего объяснения. На днях одна лондонская газета даже посулила большой денежный приз автору научного объяснения этого удивительного эффекта.

Однако увидеть эффект Мпембы удается далеко не всем желающим. Очевидно, одного желания тут мало. Например, если полное ведро горячей и полное ведро холодной воды выставить на мороз, то холодная вода замерзнет быстрее; если в одну морозильную камеру поставить контейнеры с горячей и холодной водой, то холодная вода замерзнет быстрее. В этом каждый может легко убедиться, если еще не убеждался.

Если в ведра налить по одной четверти воды, то относительно более теплая вода замерзнет на морозе быстрее; если в одну морозилку поставить открытый контейнер с теплой водой, а в другую - с прохладной, то быстрее замерзнет вода в первой морозилке. Этот результат тоже закономерен. Теперь этот фокус Аристотеля-Мпембы уже каждый сможет повторить и объяснить.

Горячая вода испаряется интенсивнее холодной, поэтому влажность воздуха в первом ведре и в первой морозилке будет выше. Испарившиеся на морозе молекулы воды мгновенно конденсируются и превращаются в видимые невооруженным глазом кристаллики льда, из которых и состоит пар или туман. Эти частички в морозном воздухе медленно падают вниз и способны преодолевать слабый восходящий поток более мелких частиц. Во время своего падения частички увеличиваются в размерах, соединяясь с другими частицами и как бы стремясь превратиться в снежинки. Следовательно, в первом ведре и в первой морозилке большее число таких частиц в каждую единицу времени вернется в воду, нежели во втором ведре и во второй морозилке. Вспомнив о большой теплоемкости льда, делаем вывод: возврат (или «ретурнинг») большего количества замерзших частиц воды в единицу времени и является причиной более интенсивного охлаждения на морозе горячей воды.

Итак, горячая вода на морозе охлаждается интенсивнее холодной. Это обязательно приводит к равенству температуры воды в первом и втором ведре, в первой и второй морозилке в какой-то момент времени. Теперь и тут, и там вода испарятся с одинаковой интенсивностью. Однако и после выравнивания температур в первом ведре и в первой морозилке влажность воздуха будет выше, чем в ведре и морозилке с изначально более холодной водой, что и станет причиной более быстрого замерзания в них воды. Но из этого совсем не следует, что горячая вода всегда замерзает быстрее, чем холодная; она замерзает быстрее в описанных здесь условиях, то есть в условиях повышенной влажности.

Таким образом, никакого физического эффекта Аристотеля-Мпембы и особого свойства горячей воды в природе не существует. Но не существует еще и двух научных терминов - «отрицательный ретурнинг» и «положительный ретурнинг». Отрицательный ретурнинг – это возвращение в жидкость охлажденных частиц испаряющейся жидкости, а положительный ретурнинг – это возвращение нагретых частиц испаряющейся жидкости. И эти термины нам нужны для понимания природы теплообмена. Но не только.

Например, если озеро замерзает в тихую и слегка морозную погоду, то оно покрывается прозрачным, как стекло, ледком. Если же озеро замерзает в тихую и морозную погоду, то оно покрывается непрозрачным льдом. Это «ретурнинговый лед». Не замерзшее еще озеро в сильный мороз «парит», и лед образуется не из упорядоченных в пространстве структурных молекул воды, а из частичек тумана и мелких снежинок.

И еще. Молекулярно-кинетическая теория объясняет быстрое охлаждение испаряющейся жидкости тем, что эту жидкость покидают преимущественно наиболее быстрые, то есть «горячие», молекулы. Если бы это представление соответствовало действительности, то и горячая, и холодная вода в наших опытах всегда бы замерзала практически одновременно. И объяснение этому не существующему факту было бы все то же: мол, горячая вода испаряется и охлаждается интенсивнее холодной. Однако холодная вода, если не принимать во внимание фокусы Аристотеля и Мпембы, всегда замерзает быстрее такого же количества горячей воды, находящейся с ней в равных условиях. Это закон.


Отклики на это сообщение:

> Еще во времена Аристотеля было известно, что горячая вода, помещенная в деревянное ведро и выставленная на мороз, замерзает быстрее такого же количества холодной воды, помещенной в такое же ведро. Это «свойство воды» тогда не было объяснено и о нем, как это часто бывает, просто забыли. Однако наблюдательный школьник Эрасто Мпемба (Танзания) в 1963 году заметил, что горячая смесь для приготовления мороженного замерзает в морозилке быстрее, чем смесь комнатной температуры, и сообщил об этом учителю физики. Учитель над ним посмеялся. Но настойчивый ученик вскоре просто показал своему учителю неожиданный физический опыт. В 1969 году о "парадоксе Мпембы" стало известно из научной печати. Сейчас результат этого нелогичного опыта все чаще называют эффектом Аристотеля-Мпембы, но он все еще ждет своего объяснения. И Британское Королевское химическое общество в 2012 году объвило международный конкурс на лучшее объяснение парадокса Мпембы.

> Однако увидеть эффект Мпембы удается далеко не всем желающим. Очевидно, одного желания тут мало. Например, если полное ведро горячей и полное ведро холодной воды выставить на мороз, то холодная вода замерзнет быстрее; если в одну морозильную камеру поставить контейнеры с горячей и холодной водой, то холодная вода замерзнет быстрее. В этом каждый может легко убедиться, если еще не убеждался.

> Если в ведра налить по одной четверти воды, то относительно более теплая вода замерзнет на морозе быстрее; если в одну морозилку поставить открытый контейнер с теплой водой, а в другую - с прохладной, то быстрее замерзнет вода в первой морозилке. Этот результат тоже закономерен. Теперь этот фокус Аристотеля-Мпембы уже каждый сможет повторить и объяснить.

> Горячая вода испаряется интенсивнее холодной, поэтому влажность воздуха в первом ведре и в первой морозилке будет выше. Испарившиеся на морозе молекулы воды мгновенно конденсируются и превращаются в видимые невооруженным глазом кристаллики льда, из которых и состоит пар или туман. Эти частички в морозном воздухе медленно падают вниз и способны преодолевать слабый восходящий поток более мелких частиц. Во время своего падения частички увеличиваются в размерах, соединяясь с другими частицами и как бы стремясь превратиться в снежинки. Следовательно, в первом ведре и в первой морозилке большее число таких частиц в каждую единицу времени вернется в воду, нежели во втором ведре и во второй морозилке. Вспомнив о большой теплоемкости льда, делаем вывод: возврат (или «ретурнинг») большего количества замерзших частиц воды в единицу времени и является причиной более интенсивного охлаждения на морозе горячей воды.

> Итак, горячая вода на морозе охлаждается интенсивнее холодной. Это обязательно приводит к равенству температуры воды в первом и втором ведре, в первой и второй морозилке в какой-то момент времени. Теперь и тут, и там вода испарятся с одинаковой интенсивностью. Однако и после выравнивания температур в первом ведре и в первой морозилке влажность воздуха будет выше, чем в ведре и морозилке с изначально более холодной водой, что и станет причиной более быстрого замерзания в них воды. Но из этого совсем не следует, что горячая вода всегда замерзает быстрее, чем холодная; она замерзает быстрее в описанных здесь условиях, то есть в условиях повышенной влажности.

> Таким образом, никакого физического эффекта Аристотеля-Мпембы и особого свойства горячей воды в природе не существует. Но не существует еще и двух научных терминов - «отрицательный ретурнинг» и «положительный ретурнинг». Отрицательный ретурнинг – это возвращение в жидкость охлажденных частиц испаряющейся жидкости, а положительный ретурнинг – это возвращение нагретых частиц испаряющейся жидкости. И эти термины нам нужны для понимания природы теплообмена. Но не только.

> Например, если озеро замерзает в тихую и слегка морозную погоду, то оно покрывается прозрачным, как стекло, ледком. Если же озеро замерзает в тихую и морозную погоду, то оно покрывается непрозрачным льдом. Это «ретурнинговый лед». Не замерзшее еще озеро в сильный мороз «парит», и лед образуется не из упорядоченных в пространстве структурных молекул воды, а из частичек тумана и мелких снежинок.

> И еще. Молекулярно-кинетическая теория объясняет быстрое охлаждение испаряющейся жидкости тем, что эту жидкость покидают преимущественно наиболее быстрые, то есть «горячие», молекулы. Если бы это представление соответствовало действительности, то и горячая, и холодная вода в наших опытах всегда бы замерзала практически одновременно. И объяснение этому не существующему факту было бы все то же: мол, горячая вода испаряется и охлаждается интенсивнее холодной. Однако холодная вода, если не принимать во внимание фокусы Аристотеля и Мпембы, всегда замерзает быстрее такого же количества горячей воды, находящейся с ней в равных условиях. Это закон.


> > Еще во времена Аристотеля было известно, что горячая вода, помещенная в деревянное ведро и выставленная на мороз, замерзает быстрее такого же количества холодной воды, помещенной в такое же ведро. Это «свойство воды» тогда не было объяснено и о нем, как это часто бывает, просто забыли. Однако наблюдательный школьник Эрасто Мпемба (Танзания) в 1963 году заметил, что горячая смесь для приготовления мороженного замерзает в морозилке быстрее, чем смесь комнатной температуры, и сообщил об этом учителю физики. Учитель над ним посмеялся. Но настойчивый ученик вскоре просто показал своему учителю неожиданный физический опыт. В 1969 году о "парадоксе Мпембы" стало известно из научной печати. Сейчас результат этого нелогичного опыта все чаще называют эффектом Аристотеля-Мпембы, но он все еще ждет своего объяснения. И Британское Королевское химическое общество в 2012 году объвило международный конкурс на лучшее объяснение парадокса Мпембы.

> > Однако увидеть эффект Мпембы удается далеко не всем желающим. Очевидно, одного желания тут мало. Например, если полное ведро горячей и полное ведро холодной воды выставить на мороз, то холодная вода замерзнет быстрее; если в одну морозильную камеру поставить контейнеры с горячей и холодной водой, то холодная вода замерзнет быстрее. В этом каждый может легко убедиться, если еще не убеждался.

> > Если в ведра налить по одной четверти воды, то относительно более теплая вода замерзнет на морозе быстрее; если в одну морозилку поставить открытый контейнер с теплой водой, а в другую - с прохладной, то быстрее замерзнет вода в первой морозилке. Этот результат тоже закономерен. Теперь этот фокус Аристотеля-Мпембы уже каждый сможет повторить и объяснить.

> > Горячая вода испаряется интенсивнее холодной, поэтому влажность воздуха в первом ведре и в первой морозилке будет выше. Испарившиеся на морозе молекулы воды мгновенно конденсируются и превращаются в видимые невооруженным глазом кристаллики льда, из которых и состоит пар или туман. Эти частички в морозном воздухе медленно падают вниз и способны преодолевать слабый восходящий поток более мелких частиц. Во время своего падения частички увеличиваются в размерах, соединяясь с другими частицами и как бы стремясь превратиться в снежинки. Следовательно, в первом ведре и в первой морозилке большее число таких частиц в каждую единицу времени вернется в воду, нежели во втором ведре и во второй морозилке. Вспомнив о большой теплоемкости льда, делаем вывод: возврат (или «ретурнинг») большего количества замерзших частиц воды в единицу времени и является причиной более интенсивного охлаждения на морозе горячей воды.

> > Итак, горячая вода на морозе охлаждается интенсивнее холодной. Это обязательно приводит к равенству температуры воды в первом и втором ведре, в первой и второй морозилке в какой-то момент времени. Теперь и тут, и там вода испарятся с одинаковой интенсивностью. Однако и после выравнивания температур в первом ведре и в первой морозилке влажность воздуха будет выше, чем в ведре и морозилке с изначально более холодной водой, что и станет причиной более быстрого замерзания в них воды. Но из этого совсем не следует, что горячая вода всегда замерзает быстрее, чем холодная; она замерзает быстрее в описанных здесь условиях, то есть в условиях повышенной влажности.

> > Таким образом, никакого физического эффекта Аристотеля-Мпембы и особого свойства горячей воды в природе не существует. Но не существует еще и двух научных терминов - «отрицательный ретурнинг» и «положительный ретурнинг». Отрицательный ретурнинг – это возвращение в жидкость охлажденных частиц испаряющейся жидкости, а положительный ретурнинг – это возвращение нагретых частиц испаряющейся жидкости. И эти термины нам нужны для понимания природы теплообмена. Но не только.

> > Например, если озеро замерзает в тихую и слегка морозную погоду, то оно покрывается прозрачным, как стекло, ледком. Если же озеро замерзает в тихую и морозную погоду, то оно покрывается непрозрачным льдом. Это «ретурнинговый лед». Не замерзшее еще озеро в сильный мороз «парит», и лед образуется не из упорядоченных в пространстве структурных молекул воды, а из частичек тумана и мелких снежинок.

> > И еще. Молекулярно-кинетическая теория объясняет быстрое охлаждение испаряющейся жидкости тем, что эту жидкость покидают преимущественно наиболее быстрые, то есть «горячие», молекулы. Если бы это представление соответствовало действительности, то и горячая, и холодная вода в наших опытах всегда бы замерзала практически одновременно. И объяснение этому не существующему факту было бы все то же: мол, горячая вода испаряется и охлаждается интенсивнее холодной. Однако холодная вода, если не принимать во внимание фокусы Аристотеля и Мпембы, всегда замерзает быстрее такого же количества горячей воды, находящейся с ней в равных условиях. Это закон.

Анегдот, повторённый дважды — в два разА смешнее!
А трижды — в три!!!



> Анегдот, повторённый дважды — в два разА смешнее!
> А трижды — в три!!!

Ну, хоть кто-то живой!

За повтор извиняюсь: хотел подредактировать A short explanation of the phenomenon, known today as The Mpemba Effect.


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100