اثر امپمبا

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

اثر امپمبا (به انگلیسی: Mpemba effect) به پدیده‌ای فیزیکی اطلاق می‌شود که موجب می‌شود آب گرم زودتر از آب سرد یخ بزند.[۱] این پدیده به نام اراستو امپمبا (به انگلیسی: Erasto Batholomeo Mpemba)، متولد ۱۹۵۰، دانش آموز تانزانیایی در سال ۱۹۶۹ نام گذاری شده است.[۲] او مشاهده کرد که در شرایط یکسان آب گرمتر سریع تر از آب سرد، منجمد می‌شود. با این وجود چندی گزارش‌ها متضاد این پدیده نیز هستند. اما به طور کلی اختلاف نظر بر سر این است که این پدیده در چه شرایطی رخ می‌دهد، اما گزارش چنین پدیده ای از زمان گذشته وجود داشته است. هر چند که این گزارش‌ها دارای جزئیات کافی برای ادعا کردن نبوده‌اند. تعدادی هم توجیه برای این پدیده پیشنهاد شده است.

تعریف[ویرایش]

این پدیدهٔ انجماد آب گرم سریع تر از آب سرد، توصیف کردنش سخت است و عبارتی بد تعریف است. جنگو یک جمله‌بندی دقیق برای این پدیده پیشنهاد کرده است که چنین است:

وجود یک مجموعه پارامترهای اولیه، و دماهای جفت شده، آب داخل جسم‌های داده شده در این پارامترها و تنها تفاوت در دمای یکنواخت اولیه باعث می‌شود که آب گرم تر از آب سرد، سریع تر منجمد بشود.

به هر حال حتی با این تعریف روشن نیست که آیا «انجماد» اشاره شده به صورت یک لایه ای از یخ است یا اینکه در نقطه مد نظر است که آب به صورت یک بلوک جامد یخی درآمده است؛ که در هر دو صورت آب می‌تواند در صفر درجه سانتی‌گراد باشد. مقدار آب می‌تواند در صفر سانتی گراد باشد ولی یخ نبسته باشد؛ که به این معنی است که مقدار گرما گرفته شده از آب در این دما آنقدر نبوده است که منجر به یخ بستن آب بشود، که آب در این حالت متشکل از جامد یخی و آب مایع در دمای صفر است.

با توجه به تعریف بالا می‌توان راه‌های ساده ای را برای بررسی این اثر مشاهده کرد: برای مثال اگر دمای گمتر یخ زدگی سطح سرد و ذوب کند بنابراین رسانندگی گرمایی بین سطح سرد و آب ظرف افزایش می‌یابد. در طرف دیگر، ممکن است تعداد زیادی از چنین پدیده ای باشد که هنوز مشاهده نشده است.

مشاهدات[ویرایش]

پیشینهٔ تاریخی[ویرایش]

تأثیرات مختلف گرما بر یخ‌زدن آب به وسیله دانشمندانی همچون ارسطو توصیف شده بودند: «این واقعیت دارد که آب از پیش گرم شد، یخ‌زدنش سریع‌تر از آب سرد است. از این رو بسیاری از مردم، هنگامی که آب خنک می‌خواستند، آن را در مقابل تابش خورشید می‌گذاشتند؛ بنابراین ساکنان پنتوس هنگامی که قصد نگه‌داری ماهی را داشتند در بلوکی یخی سوراخی ایجاد می‌کردند و سپس ماهی را همراه با مقداری آب گرم داخل آن می‌گذاشتند تا سریع‌تر یخ ببندد، و آنها از نی‌های روییده در آب برای نگه داری این مخلوط یخ و ماهی استفاده می‌کردند.»[۳]

دانشمندان عصر جدید همانند فرانسیس بیکن این نکته که " آب کمی ولرم‌تر سریع تر از آب سرد، یخ می‌بندد " را متذکر شده‌اند.[۴] رنه دکارت در کتاب گفتار در روش خویش نوشته است:" هر شخصی به تجربه می‌تواند ببیند، آبی که برای مدت طولانی در تماس با آتش نگه داری شده است (منظور این است که آب داغ باشد) سریع تر از آب‌های دیگر (با دمای پایین تر از آب مذکور) یخ می‌بندد. زیرا آن ذراتی از آب که می‌توانند خم‌های (امروزه پیوند نامیده می‌شوند) تبخیری نگه دارند به علت حرارت دیدن آب از بین رفته‌اند و دیگر نمی‌توانند متوقف کنند."[۵]

جوزف بلک یک مورد خاص از این پدیده که آب قبلاً جوشیده در مقایسه با آب ناجوشیده است را بررسی کرده است[۶]؛ آب قبلاً جوشیده منجمد می‌شود خیلی سریع‌تر از آب ناجوشیده. با تبخیر کنترل شده. او بر تأثیر هم زدن آب در نتایج آزمایشگاهی بحث کرده است. در نظر داشته باشید که بهم زدن آب ناجوشید باعث می‌شود که دو مورد در یک زمان یکسان منجمد بشوند و همچنین بهم زدن آب خیلی سرد ناجوشیده منجر می‌شود که فوری منجمد بشود.

مشاهدات امپمبا[ویرایش]

این اثر بعدها به نام اراستو امپمبا تانزانیایی نامیده شد. او در سال ۱۹۶۳ در کلاس سوم متوسطه زمانی که ۱۳ سال داشت به این پدیده برخورد کرد. او در کلاس درس بستنی سازی بازیگوشی کرد بستنی را دیر آماده کرد. به همین خاطر مجبور شد شیر سرد نشده را داخل فریزر قرار دهد. زمانی که معلم بستنی‌ها را از فریزر خارج می‌کرد، امپمبا انتظار داشت که بستنی او شل‌تر از سایرین باشد؛ ولی با کمال تعجب دید بستنی کاملاً یخ بسته و سفت‌تر از سایربستنی‌ها است. او ماجرای بازیگوشی خود را برای معلم تعریف کرد و آنها این آزمایش را دوباره انجام دادند و با کمال تعجب دیدند که شیر جوشیده زودتر یخ می‌زند. وقتی موضوع به محافل دانشگاهی کشیده شد، جواب‌هایی برای پاسخ به این پدیده بیان شد که یکی پس از دیگری رد شدند. قابل قبول‌ترین نظریه، توصیف این پدیده به کمک چراغ راهنمایی بوده است. دو اتومبیل را در نظر بگیرید که یکی جلوتر (ظرف سردتر) و پشت چراغ قرمز ایستاده باشد و دیگری که عقب‌تر (ظرف گرمتر) و درحال نزدیک شدن به چراغ باشد. اگر زمان قرار دادن ظرف‌ها در فریزر همان زمان سبز شدن چراغ باشد، ماشینی که عقب‌تر و در حال حرکت است از ماشین در حال سکون، سبقت خواهد گرفت. در نتیجه آب جوشیده در حال غلیان زودتر از آب سرد ساکن یخ خواهد بست.

منابع[ویرایش]

  1. Fisher, Dr Len. "DO YOU SNOW...... How to Keep Your Winter Cuppa Warm, Stop Your Bird Bath Freezing and Make the Perfect Snowball?." Daily Mail (London). 2003. HighBeam Research. (November 22, 2015). https://www.highbeam.com/doc/1G1-96331389.html  – via highbeam (نیاز به عضویت)
  2. "Forget what you know about H2O.(FEATURES)(CURRENTS)." The Christian Science Monitor. 2006. HighBeam Research. (November 22, 2015). https://www.highbeam.com/doc/1G1-147018741.html  – via highbeam (نیاز به عضویت)
  3. ارسطو. «هواشناسی». http://classics.mit.edu/Aristotle/meteorology.1.i.html. 
  4. بیکن. «فرانسیس بیکن». www.thelatinlibrary.com. 
  5. دکارت. «رنه دکارت». www.posner.library.cmu.edu. 
  6. «he Supposed Effect of Boiling upon Water, in Disposing It to Freeze More Readily, Ascertained by Experiments». Philosophical Transactions of the Royal Society of London (the Royal Society of London). 
  • ارجاع به ویکی‌پدیا انگلیسی:

مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Mpemba effect». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی ، بازبینی‌شده در ۴ نوامبر ۲۰۱۳.