Hiệu ứng MpembaHiệu ứng Mpemba là một hiện tượng mà trong một điều kiện nhất định nào đó (đôi lúc xảy ra) - khi cùng làm lạnh, nước nóng có thể đóng băng nhanh hơn nước lạnh.
Tạp chí New Scientist khuyến nghị nên thí nghiệm với các mẫu nước ở 35°C (95°F) và 5°C (41°F) để tối đa hóa hiệu ứng.[1] (thực tế không phải luôn đạt được như vậy - trong các thí nghiệm hiệu ứng chỉ thể hiện trên một số mẫu thử - tùy thuộc vào những điều kiện nhất định mà đến nay chưa kiểm soát được)
Nguồn gốcHiện tượng nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh được gọi là “hiệu ứng Mpemba” - được đặt theo tên học sinh trung học Erasto B.Mpemba người Tanzania[2]. Mpemba tình cờ bắt gặp hiện tượng này lần đầu năm 1963 trong một lớp học nấu ăn tại trường cấp 2 Magamba, khi anh làm lạnh món kem trộn nóng (hỗn hợp trộn để làm kem – vẫn còn nóng trước khi cho vào tủ lạnh) và để ý thấy rằng nó đông cứng nhanh hơn kem trộn lạnh.
Sau khi tốt nghiệp, Mpemba chuyển lên học tại trường Mkwawa, tỉnh Iringa, Tanzania. Một lần, hiệu trưởng trường này đã mời Tiến sĩ Denis G. Osborne từ đại học ở thành phố Dar Es Salaam (from the University College in Dar Es Salaam) đến giảng bài về vật lý học.
Kết thúc bài giảng, Erasto Mpemba đã hỏi vị Tiến sĩ một câu: “Nếu ta có 2 cốc nước bằng nhau, một cốc nước nguội 35°C và một cốc nước nóng 100°C, cùng cho cả 2 cốc vào trong tủ đá thì cốc nước nóng lại đóng băng trước – Vậy giải thích tại sao?” – và chỉ nhận được sự chế nhạo của các bạn cùng lớp, và cả của thầy giáo. Nhưng sau chút ngạc nhiên ban đầu, tiến sĩ Denis G. Osborne đã tiến hành thí nghiệm lại phát kiến đó tại nơi làm việc của mình, và đã xác nhận phát hiện của Erasto. Sau đó họ đã cùng công bố kết quả vào năm 1969.[3][4] Từ năm 2002, Erasto Mpemba đã nghỉ hưu sau khi công tác tại “Ủy ban Rừng và Động vật hoang dã Châu Phi”
Giải thíchHiện tượng kỳ lạ này đã làm đau đầu giới khoa học trong nhiều năm. Các nhà vật lý học từng đưa ra nhiều giả thiết về hiệu ứng Mpemba (liên quan đến sự bay hơi, sự đối lưu, quá trình đóng tuyết, sự làm chậm đông và các tạp chất hòa tan). Tuy nhiên các giải thích khác nhau đều không thuyết phục mọi người, bởi vì mặc dù các yếu tố trên đều có ảnh hưởng nhất định nhưng chưa đủ mạnh để gây nên hiệu ứng, cũng như chưa ai đưa ra được bằng chứng xác thực để chứng minh.
Ngày 29/03/2010 trên tạp chí New Scientist đã đăng một bài của James Bulangliqi, được cho là đã làm sáng tỏ được nguyên nhân của hiệu ứng này.[2]
Theo James Bulangliqi (Đại học State, New York, Mỹ), hiện tượng trên có mối quan hệ với một số tạp chất ở trong nước. James Bulangliqi cho rằng, chính các tạp chất có trong nước mới là nhân tố then chốt dẫn tới tốc độ đóng băng nhanh của nước nóng.
Trong thời gian 10 năm liền, James Bulangliqi đã tiến hành hàng trăm thí nghiệm có liên quan đến hiệu ứng Mpemba. Cuối cùng, ông đã phát hiện chứng cứ chứng minh hiệu ứng Mpemba xuất phát từ hiện tượng supercool (làm chậm đông) bất ổn định.
James Bulangliqi đã tiến hành thí nghiệm đối với hai mẫu nước máy ở cùng nhiệt độ 20°C. Trước tiên ông bỏ mẫu nước vào trong ống nghiệm, sau đó đưa vào tủ lạnh để làm đông. Hỗn hợp ngẫu nhiên của tạp chất đã làm cho hai mẫu nước này có điểm đông khác nhau, trong đó có một mẫu có điểm đông cao hơn. Nếu như sự khác biệt này đủ lớn, thì hiệu ứng Mpemba sẽ xuất hiện.
James Bulangliqi lựa chọn mẫu nước có điểm đông tự nhiên cao hơn và tiến hành tăng nhiệt tới 80°C, mẫu nước còn lại chỉ tăng nhiệt bằng nhiệt độ trong nhà, sau đó lại đưa hai ống nghiệm vào tủ lạnh. Ông James Bulangliqi cho biết, nếu như điểm đông của nước nóng cao tối thiểu 5°C, thì tốc độ đóng băng của nó sẽ nhanh hơn nhiều so với nước lạnh.
Nguồn:
Wikipedia*****
Mpemba effect: Why hot water can freeze faster than cold(PhysOrg.com) -- Scientists have known for generations that hot water can sometimes freeze faster than cold, an effect known as the Mpemba effect, but until now have not understood why. Several theories have been proposed, but one scientist believes he has the answer.
Theories for the Mpemba effect have included:
faster evaporation of hot water, which reduces the volume left to freeze
formation of a frost layer on cold water, insulating it
different concentrations of solutes such as carbon dioxide, which is driven off when the water is heated
The problem is that the effect does not always appear, and cold water often freezes faster than hot water.
Radiation safety officer with the State University of New York, James Brownridge, has been studying the effect in his spare time for the last decade, carrying out hundreds of experiments, and now says he has evidence that supercooling is involved. Brownridge said he found water usually supercools at 0°C and only begins freezing below this temperature. The freezing point is governed by impurities in the water that seed ice crystal formation. Impurities such as dust, bacteria, and dissolved salts all have a characteristic nucleation temperature, and when several are present the freezing point is determined by the one with the highest nucleation temperature.
In his experiments, Brownridge took two water samples at the same temperature and placed them in a freezer. He found that one would usually freeze before the other, presumably because of a slightly different mix of impurities. He then removed the samples from the freezer, warmed one to room temperature and the other to 80°C and then froze them again. The results were that if the difference in freezing point was at least 5°C, the one with the highest freezing point always froze before the other if it was heated to 80°C and then re-frozen.
Brownridge said the hot water cools faster because of the bigger difference in temperature between the water and the freezer, and this helps it reach its freezing point before the cold water reaches its natural freezing point, which is at least 5°C lower. He also said all the conditions must be controlled, such as the location of the samples in the freezer, and the type of container, which he said other researchers had not done.
The effect now known as the Mpemba effect was first noted in the 4th century BC by Aristotle, and many scientists have noted the same phenomenon in the centuries since Aristotle’s time. It was dubbed the Mpemba effect in the 1960s when schoolboy Erasto Mpemba from Tanzania claimed in his science class that ice cream would freeze faster if it was heated first before being put in the freezer. The laughter ended only when a school inspector tried the experiment himself and vindicated him.
More information: Mpemba effect - Wiki article;
James D. Brownridge web page;
Mpemba Effect scientific paper, March 2010, by James D. Brownridge;
via Newscientist
Nguồn:
http://phys.org/news188801988.html
