domainhostcentre
دسته‌بندی نشده

سؤال بدیهی: آب گرم زودتر یخ می‌زند یا آب سرد؟!

خوب این سؤال بدیهی‌ای است و احتمالا حدس می‌زنید که من با این عنوان پست، می خواهم برای نوشتن درباره مسئله‌ای دیگر مقدمه‌چینی کنم!

آب چیزی است که بیشتر بدن ما از آن تشکیل شده است، در طبیعت به فور یافت می‌شود و بنابراین مثل بعضی از عناصر شیمیایی چیز کمیابی نیست که نتوانیم در مورد آن اظهار نظر کنیم، به علاوه هر کسی با دانش دبیرستانی هم چیزهای مختصری درباره ترکیب شیمیایی و نقطه ذوب و جوشش می‌داند.

اما حقیقت این است که شما در پاسخ به این سؤال به احتمال زیاد عجله کرده‌اید و زود تصمیم گرفته‌اید و پاسخ قطعی داده‌اید، چرا که که آب گرم «تحت شرایطی» زودتر از آب سرد یخ می‌زند!

چنین پدیده‌ای، متناقض است، طی آزمایشات زیادی چنین چیزی مشاهده و ثبت شده است. در واقع قرن‌هاست که دانشمندان متوجه این پدیده شده‌اند و دانشمندانی مثل ارسطو، بیکن و دکارت، سال‌ها و قرن‌ها پیش آن را توصیف کرده‌اند.

ولی تا سال ۱۹۶۹، یعنی زمانی که یک دانش‌آموز دبیرستانی تانزانیایی، به صورت تصادفی متوجه آن شد، این پدیده توسط دانش مدرن امروزی‌مان مورد بررسی قرار نگرفته بود.

به پدیده زودتر یخ زدن آب گرم نسبت به آب سرد، البته تحت شرایطی خاص اثر امپمبا Mpemba effect گفته می‌شود.

نخستین بار ارسطو ۳۰۰ سال قبل از میلاد مسیح متوجه این پدیده شد. دانشمندان قرون وسطی، زمانی که می‌خواستند تئوری گرما را تبیین کنند، متوجه این پدیده شدند. در سال ۱۴۶۱، فیزیکدانی به نام جیووانی مارلیانی، ۴ اونس آب حرات‌دیده و آب معمولی را برای یخ زدن در بیرون قرار داد و در کمال تعجب مشاهده کرد که آب گرم‌تر، زودتر یخ بسته است، اما نتوانست توجیهی برای این مشاهده خود پیدا کند.

اما زمانی که تئوری مدرن گرما، توسط دانشمندان مختلف تبیین شد، پیده امپمبا به کلی فراموش شد، اما ۵۰۰ سال بعد از آزمایش مارلیانی و بیشتر از ۲ هزاره بعد از ارسطو، این پدیده بار دیگر به صورت اتفاقی مشاهده شد.

این بار یک دانش‌آموز دبیرستانی تانزانیایی متوجه قضیه شد، داستام مشاهده او در مجله علمی نیوساینتیست به چاپ رسید.

در سال ۱۹۶۳، این دانش‌آموز که امپمبا نام داشت، به همراه دانش‌آموزهای دیگر برای مراسمی تدارک دیده بودند و می‌خواستند بستنی درست کنند. برای درست کردن بستنی همانطور که می دانید شیر جوشیده شده‌ای که به آن شکر اضافه شده،باید یخ بزند. امپمبا هم منتظر بود که ظرف شیر و شکرش سرد شود تا بتواند آن را داخل یخچال بگذارد. اما او عجله داشت و از طرفی می‌دید که اگر زود نجنبد، دانش‌آموزهای دیگر زودتر از او ظرف هایشان را در یخچال می‌گذارند و جایی برای ظرف او باقی نمی‌ماند، به همین علت ظرف سرد نشده‌اش را در یخچال گذاشت. اما او در کمال تعجب مشاهده کرد، که زودتر از دانش‌آموزهای دیگر که ظرف شیر و شکر سرد را در یخچال گذاشته بودند، موفق به تهیه بستنی شده است.

دبیر فیزیک او هم در کلاس بود، امپمبا که تعجب کرده بود، در این مورد از دبیرش پرسید، اما دبیر فیزیک او گفت که او ممکن است اشتباهی کرده باشد.

امپمبا اول کنجکاوی بیشتر نکرد و با همین توضیح قانع شد، اما مدتی بعد از یکی از دوستانش که در شهر تانگا بستنی‌فروشی می‌کرد، شنید که او برای اینکه زودتر موفق به تهیه بستنی شود، ظرف سردنشده را مستقیما داخل یخچال می‌گذارد. به علاوه امپمبا متوجه شد که همه بستنی‌فروشهای تانگا، همین کار دوستش را می‌کنند.

مدتی بعد در دبیرستان، امپمبا سؤالش را مطرح کرد، اما معلمش حاضر به قبول آن نشد و به شوخی گفت که این چینن چیزی را فقط فیزیک امپمیا می‌گوید و نمی‌توان نشانی از آن در دانش فیزیک جهانی پیدا کرد. اما امپمبا مجددا در آزمایشگاه زیست‌شناسی، این پدیده را با استفاده از ظرف آب گرم و سرد تکرار کرد و دوباره به همان نتیجه سابق رسید.

مدتی بعد یک استاد فیزیک به نام دکتر آزبورن از دبیرستان امپمبا بازید کرد، امپمبا از فرصت استفاده کرد و از دکتر آزبورن هم در مورد این پدیده پرسید. آزبورن توجهی نداشت ولی به امپمبا قول داد، این مورد را بررسی کند. آزبورن از یک تکنسین آزمایشگاه خواست که این پدیده را امتحان کند، او هم به همان نتیجه امپمبا رسید. سرانجام در سال ۱۹۶۹، مشاهدات امپمیا و دکتر ازبورن به چاپ رسید و پدیده زودتر یخ زدن آب گرم، به اثر امپمبا، موسوم شد.

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.

نمی‌توان اثر امپمبا را با مکانیسمی واحد توجیه کرد و در حقیقت مکانیسم‌های توجیه‌کننده فعلی بیشتر حدس هستند تا دلیل قطعی:

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 بر 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.

منبع

در بحث شرکت کنید

  • 4111
    30

    تئوری بدی نیست برای قضیه آب شدن یخچالهای زمین.!!!!

  • 4114
    30

    من البته اینو میدونستم دکتر
    بچه که بودم تو دانستنیها خونده بودم!

    ممنون

  • 435
    200

    دکتر جان ممنون از این مطلب جالبتون.راجع به این موضوع اتفاقا هفته پیش جایی خونده بودم و البته با این پست شما اطلاعات تکمیل تر شد
    راستی دکتر جان یه درخواست کمک داشتم.میخواستم لیست بهترین رمان های سال ۲۰۰۶-۷-۸ با موضوع خاطرات رو (ترجیحا خارجی) پیدا کنم ولی متاسفانه نتیجه خوبی از جستجو نگرفتم :( اگر امکانش هست کمک و راهنمایی کنید ممنون میشم
    با تشکر و آرزوی توفیق روز افزون

  • 700
    140

    سلام

    خیلی قشنگ و زیبا بود ، من این مطلبت رو به پیوند های روزانه وبلاگم اضافه کردم

    یه سئوال داشتم : مطالبت همیشه زیبا و بدیع میباشد

    شما این مطالب رو چگونه جمع آوری میکنی که همیشه یه قدم از بقیه وبلاگ نویسان جلوتری

    من خودم تقریبا هر روز بعد از ظهر ها آنلاین هستم و به سایتهای مختلفی سر میزنم

    ولی کمتر پختگی مطالب شما رو دارند .

    خسته نباشی

  • 1026
    100

    یه بچه آفریقایی از من مفید تر بوده….خدایــــــــــــــــــــــــــــــــــا.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!۱

    • 23
      1.2k

      چه ربطی داره؟ جناب آسیایی، یعنی چون طرف آفریقایی بوده، نمی تونسته مفید باشه؟

      • 9035
        10

        بله نباید هم مفید باشه

        • 7107
          20

          واقعا این طرز فکرتون غلط ما همه هیچ فرقی باهم نداشتیم

  • 465
    190

    خیلی جالب بود.استفاده زیادی کردم.

  • 377
    220

    در وهله اول که به این سوال پاسخ میدم(آن هم پاسخ ۱۰۰% اشتباه )چقدر آدم از خودش خجالت می کشه . و ما چقدر سریع قضاوت می کنیم. خیلی پست جالبی بود.ممنون از شما جناب دکتر.

  • 9072
    10

    البته گمانم تلفظ درست نامش ممبا باشد.

  • 198
    340

    خیلی قشنگ بود .
    ——–
    http://www.SorenPhoto.com
    اولین و بهترین وب سایت عکس ایرانیان

  • 466
    190

    اینو قبلا یه جا خونده بودم که آب گرم از آب یخ زودتر یخ میزنه ولی نمیدونستم چرا و چطور.

  • 549
    170

    من این مطلب رو جسته گریخته شنیده بودم ولی الان که دلایلش رو خوندم یقین کردم

  • 9110
    10

    من فکر میکنم جنبش مولکولها در آب گرم بیشتر است به همین دلیل برای منجمد شدن سریع تر شکل حجمی میگیرد

  • 213
    330

    در مورد تبخیر کمی مشکوکم.
    اول این که مقدار آبی که بر اثر تبخیر از بین می‌رود کم است. زیرا در محیط فریزر که هوا بسیار سرد است، ظرفیت پذیرش بخار بسیار کم است و هوا خیلی زود اشباع می‌شود. البته بخار به صورت برفک چگالیده می‌شود و آب می‌تواند دوباره از ظرف تبخیر شود.
    ضمن این‌که مقدار مایعی که دانش‌آموزان دبیرستانی در فریزر گذاشته بودند، آن‌قدر دقت نداشته که این اختلاف جرم ناشی از تبخیر خودش را نشان دهد.
    می‌توان نمونه‌ها را پس از انجماد دوباره وزن کرد و اختلاف آن‌ها را به نحوی از آزمایش حذف کرد. مثلا مقدار آب داغ را کمی بیشتر گرفت و باز هم آزمایش را تکرار کرد.
    به نظرم سیستم‌های همرفتی و وجود هوا در آب عوامل مهم‌تری هستند. البته تئوری بافتن خیلی کار جالبی نیست. بهتر است آزمایش کنیم!

  • [...] یخ فرو رود و در نتیجه شرایط بهتری برای یخ زدن پیدا کند. منبع rafaello’s Sig: ترفند های فایرفاکس ۳ ای خدا دلگیرم ولی ، [...]

  • 234
    310

    در مورد جوش آمدن آب چطور؟ آب گرم زودتر جوش می آید یا آب سرد؟ فکر کنم اینهم یک جریانی داشته باشه.

    • 2315
      50

      @جام طلا, در این مورد شک نداشته باشین آب گرم سریع تر جوش می یاد. آیا وقتی می خواین چایی درست کنید آب سرد رو از تو یخچال در میارین و تو کتری میریزید یا از آب گرم تر استفاده می کنید؟ انرژی ای که آب سرد بخواد بگیره تا دماش یه درجه افزایش پیدا کنه انرژی خیلی زیادی هست و همین خاصیت آب باعث می شه در هنگام عرق کردن دمای بدنتون پایین بیاد. آب بالاترین ظرفیت گرمایی رو در تمام مایعات داره.
      پس نتیجه می گیریم آب سرد نسبت به آب گرم مدت بیش تری طول می کشه تا به نقطه ی جوش خودش برسه.

  • 1188
    90

    سلام
    مطلبی جالبی بود
    ولی غیر از دلایلی که نام برده شد من فکز میکنم که اکسیژن موجود در آبگرم و آب جوش بیشتر از آب سرد است و این اکسیژن بیشتر هم به زودتر یخ زدن آب گرم کمک میکند.

  • 7127
    20

    مطلب جالبی بود
    البته آب خصوصیات عجیب زیاد داره
    یکی دیگه، یخ زدن آب ظرف یک یا چند ثانیه است
    الیته بدون یخچال و فریزر
    مثل اینی که توی این ویدئو (http://uk.youtube.com/watch?v=x-GQk8Q96PY) نشون داده
    اینام تجربیات جالبین
    http://uk.youtube.com/watch?v=4dwwton-bfg&feature=related
    http://uk.youtube.com/watch?v=R_dnB-3YxLk&feature=related
    http://uk.youtube.com/watch?v=qDCaC4PKUBA&feature=related
    http://uk.youtube.com/watch?v=xIR-iet3y4Q&feature=related
    http://uk.youtube.com/watch?v=aC-KOYQsIvU&feature=related

    • 9157
      10

      من با نظرت موافقم

  • 2707
    40

    جالب بود … دستت درد نکنه

  • 4137
    30

    ۸سال پیش وقتی دبیرستان بودم یه تحقیق درباره این موضوع نوشتم ولی معلم شیمی بهم خندید و گفت ما هم دانشجو بودیم توی اعداد و ارقام پایان نامه زیاد دست می بردیم. حالا بعد از ۸ سال می تونم خوشحال باشم که حق با من بود :)

  • 4137
    30

    @نا تمام
    چرا می گید اکسیژن آب داغ بیشتر از آب سرده در حالی که برعکسه؟

  • 1189
    90

    دکتر جان، من یادم این قضیه رو یکبار به صورت خیلی تصادفی دبیر فیزیک دوره راهنمایی به ما گفت. چون برام جالب بود هنوز یادم هست و با خوندن مطلب شما دوباره به خاطرم اومد. دلیلی که دبیر ما اورد با یه مثال خوب برامون جا انداخت :

    گفت شما فرض کنید پشت چراغ قرمز استاده اید. یک ماشین دیگر از پشت میاد و وقتی چراغ سبز میشه، با اینکه شما خیــــلی زودتر از اون به چراغ رسیدید اما چون اتوموبیل دیگری دارای حرکت و آهنگ سرعت هست، از شما جلو میزنه ! این قضیه هم مثل همون میمونه ! آب گرم شروع به سرد شدن میکنه و سرعت و آهنگ سرد شدن میگیره ! اما آب سرد نیاز به زمان بیشتری داره تا اول با دمای اطراف هماهنگ بشه و سپس سرعت سرد شدن و از دست دادن گرما رو بگیره. به همین دلیل آب گرم مرحله هماهنگ شدن آب سرد با محیط اطراف رو زود تر رد میکنه و این میشه که یخ میزنه ! این یک دید خیلی کلیه و من دیگر شرایط رو که الان خوندم برام جالب بود.

    ممنون از مطلب.

  • 9190
    10

    سلام

    این قضیه با حجم و چگالی رابطه داره .

    همانطور که میدونیم چگالی آب به این صورت هست = آب سرد>آب گرم>بخار

    انجماد با این قضیه رابطه عکس داره به این صورت که = انجماد بخار>انجماد آب گرم>انجماد آب سرد

    موفق باشید .

    برای بحث :
    perspicacious1@yahoo.com

  • 9197
    10

    با سلام خدمت شما دوستان عزیز.
    فکر کنم توجیح این مسئله با نظریه های انتقال حرارت کار ساده ای باشه. من قبل از اینکه جواب رو بخونم حدث زدم که آب گرم زود تر یخ میزنه، دلیلش هم Rate یا سرعت سرد شدن اونه؛ به عبارت دیگه، اگر ما دمای آب یخ زده رو ۰ درجه سانتیگراد در نظر بگیریم، در اونصورت آب ۶۰ درجه ای با سرعت بیشتری نسبت به آب ۳۰ درجه ای شروع به سرد شدن می کنه و بطور مثال در زمانیکه آب ۶۰ درجه ای ۱۰درجه سرد شده، آب ۳۰ درجه ای تنها ۵ درجه سرد شده و همین مسئله باعث میشه که آب گرم تر با سرعت بیشتری سرد بشه، درست مثل اینکه یک کش رو هر چه بیشتر بکشین، قدرتش بیشتر میشه. البته زمانیکه به اختلاف دمائی کمی با دمای مقصد میرسین سرعت کاهش دما کم میشه و زمان بیشتری برای سرد شدن نیاز است (دقیقا مانند حالت قبل). امیدوارم کمکی کرده باشم.

  • 9205
    10

    خییییییییییییییلی خووووووووووووووووب بود

  • 9213
    10

    به نظر من دلیل این که آب گرم زودتر از آب سرد یخ می زند این است که آب از بالا به پایین یخ می زند.

  • 9221
    10

    ما داریم اینو پروژه می کنیم ممنون از مطلبتونD:

  • 9226
    10

    دکتر جون دستت درد نکنه در به در دنبال این جواب این موضوع می گشتم پیدا نمی کردم دستت درد نکنه موفق باشی

  • 9234
    10

    سلام
    خسته نباشید . مطلب جالبی بود
    من از طریق ویلاگ دبیر شیمی مون اومدم این سایت…
    میخواستم بگم که من لینک مطلب شما رو تو وبلاگم قرار میدم…

  • 7151
    20

    سلام دکتر
    ممنون تحقیقم کامل شد.
    thanks

  • 7151
    20

    ببخشید مگه بین آب و شیر تفاوت وجود نداره؟
    پس چرا این قضیه روی هر دو صدق میکنه؟

    • 9243
      10

      با سلام،
      ببین صدف جان پاسخ واضحه !شیر نسبت به آب ناخالصی هایی داره یعنی آب+ناخالصی درسته! ما هم دو تا آزمایش داشتیم آب و شیر.
      زمان هایه این دوتا آزمایش با هم متفاوته اما این پدیده نه! متوجه شدی اگه نه بیشتر توضیح بدم./

  • 7051
    20

    سلام
    مقاله ای در مورد این که چگونه آب به یخ تبدیل می شود بنویسید. با تشکر

  • 9250
    10

    سلام اگه شیمی پیش دانشگاهی۱ روخونده باشی همچین مباحث مشابهی دارد.

  • 9258
    10

    با سرد شدن بخا اب در ظرف اب گرم فشار بخار کاهش یافته ونقطه انجماد بالا میرود در نتیجه اب گرم زودتر یخ می زند

  • 9263
    10

    سلام
    خب امتحانش که کاری نداره. بجای تئوری بافتن میتونیم دو تا لیوان یکی محتوی آب سرد و یکی محتوی آب جوش رو در فریزر بزاریم ببینیم کدوم زودتر یخ میزنه

  • 9271
    10

    با استفاده از دوربین های ترموویژن می توانید به راحتی در هر ثانیه عکس بگیرید و سپس عکس ها را دانه به دانه بررسی کنید و ببینید در چه لحظاتی سرعت کار بالا می رود .
    این دوربین ها گرانقیمت بوده و در ادارات برق هر شهر بزرگی به راحتی در قسمت بهره برداری یافت می شود . با آنها هماهنگ کنید موافقت می کنند .

  • 9279
    10

    معلم ما این موضوع را که آب گرم زودتر از آب سرد یخ می زند را گفته بود و دلیلش را ازمون خواسته بود ممنون که به من در مورد این موضوع کمک کردین

  • 9288
    10

    دمتون گرم!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

  • 9299
    10

    من یه ظرف آب داغ و یه ظرف آب سرد رو همزمان تو فریزر گذاشتم ولی آب سرد زودتر یخ زد. مشکلش چیه؟

    • 9307
      10

      غیر ممکن است، حتما یه جایی اشتباه کرده اید

  • 9320
    10

    ba salam
    age dorost bashe mamnoun m isham !

  • 9332
    10

    آب بدلیل گرم شدن منبسط شده و مقداری از هوای اطراف در آب حل می شود.ما می دانیم که هوا(گازها)زودتر ازآب (مایعات) سرد و گرم می شود. پس هوای محلول در آب هم در اثر سرما دیدن زودتر سرد و تبدیل به یخ می شود. و آب سرد بدلیل انقباظ ملکولهای آب سرد دیرتر به سرمای لازم رسیده و دیرتر از آب گرم یخ می زند.

  • 7107
    20

    سلام من در تحقیق شرکت کردم که موضوش همین بود و این مطالب که در وبت گذاشتی کمک بزرگی به من کرد
    با تشکر و ممنون

  • 9341
    10

    آقای دکتر ممنون از مطالب خوبتون
    من دقیقا این سوال رو دیروز از دبی شیمیم پرسیدم .
    ولی ایشون نتونستن جواب سوال منو بدن.
    بازم ممنون

  • 9347
    10

    جناب دکتر خیییییییییییییییییییییییییییییییییییییلیییییییییییییییییییییی ممنونم

  • 9352
    10

    سلام….
    توضیحاتی که درموردتئوری دادید جالب بود ولی من به شخصه دوست داشتم در مورد دلیلی علمی اش بیشتر توضیح می دادید،ممنون از وب سایتتون!!!

  • 9359
    10

    سلام
    من فکر میکنم که این مسئله به فریون موجود در یخچال مربوط میشه.چون فریون موجود دریخچال که منجمد است براى ذوب شدن به گرما نیاز دارد بنا براین گرما را از اب گرم مى گیردتا ذوب شود.وهمین جریان است که موجب مى شودکه یخچال کار کند .