آیا می دانستید آبِ جوش از آبِ سرد زودتر یخ می بندد؟! - مجله سرگرمی

اثر امپمبا (به انگلیسی Mpemba effect) به پدیده ای فیزیکی اطلاق می گردد که موجب می گردد آب گرم زودتر از آب سرد یخ بزند. این پدیده به نام اراستو امپمبا (به انگلیسی Erasto Batholomeo Mpemba) متولد 1950، دانش آموز تانزانیایی در سال 1969 نام گذاری شده است. او مشاهده کرد که در شرایط یکسان آب گرمتر سریع تر از آب سرد، منجمد می گردد. با این وجود چندی گزارش ها متضاد این پدیده نیز هستند. اما به طور کلی اختلاف نظر بر سر این است که این پدیده در چه شرایطی رخ می دهد، اما گزارش چنین پدیده ای از زمان گذشته وجود داشته است. هر چند که این گزارش ها دارای جزئیات کافی برای ادعا کردن نبوده اند. تعدادی هم توجیه برای این پدیده پیشنهاد شده است.

این اثر بعد ها به نام اراستو امپمبا تانزانیایی نامیده شد. او در سال 1963 در کلاس سوم متوسطه زمانی که 13 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 بستنی ها را از فریزر خارج می کرد، امپمبا انتظار داشت که بستنی او شل تر از سایرین باشد؛ ولی با کمال تعجب دید بستنی کاملاً یخ بسته و سفت تر از سایر بستنی ها است. او ماجرای بازیگوشی خود را برای معلم تعریف کرد و آن ها این آزمایش را دوباره انجام دادند و با کمال تعجب دیدند که شیر جوشیده زودتر یخ می زند. وقتی موضوع به محافل دانشگاهی کشیده شد، جواب هایی برای پاسخ به این پدیده بیان شد که یکی پس از دیگری رد شدند. قابل قبول ترین نظریه، توصیف این پدیده به یاری چراغ هدایت بوده است. دو اتومبیل را در نظر بگیرید که یکی جلوتر (ظرف سردتر) و پشت چراغ قرمز ایستاده باشد و دیگری که عقب تر (ظرف گرمتر) و در حال نزدیک شدن به چراغ باشد. اگر زمان قرار دادن ظرف ها در فریزر همان زمان سبز شدن چراغ باشد، ماشینی که عقب تر 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.

قابل توجیه به نظر نمی رسد که آب 70درجه سانتی گراد سریع تر از آب 20درجه دچار انجماد گردد به طور مثال اگر آب 20 درجه به 30 دقیقه وقت احتیاج داشته باشدتا به دمای انجماد برسد، آب 70 درجه مدت زمان بیشتری احتیاج دارد، چون در ابتدا باید زمانی را صرف کند تا از 70 درجه به 20درجه برسد و سپس همان 30 دقیقه را پشت سر بگذارد تا منجمد گردد، ولی واقعیت این است که وقتی آب از 70 درجه به20 درجه میرسد دچار تغییراتی می گردد که پیامد این تغییرات می تواند منجر به این گردد که زمان انجماد آن کوتاهتر گردد. این پدیده، اثر امپمبا Mpemba effect نام دارد.

چنین پدیده ای، متناقض است، طی آزمایشات زیادی چنین چیزی مشاهده و ثبت شده است. در واقع قرن هاست که دانشمندان متوجه این پدیده شده اند و دانشمندانی مثل ارسطو، بیکن و دکارت، سال ها و قرن ها پیش آن را توصیف نموده اند.

نخستین بار ارسطو 300 سال قبل از میلاد مسیح متوجه این پدیده شد. دانشمندان قرون وسطی، زمانی که می خواستند تئوری گرما را تبیین نمایند، متوجه این پدیده شدند. در سال 1461، فیزیکدانی به نام جیووانی مارلیانی، 4 اونس آب حرات دیده و آب معمولی را برای یخ زدن در بیرون قرار داد و در کمال تعجب مشاهده کرد که آب گرم تر، 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 500 سال بعد از آزمایش مارلیانی و بیشتر از 2 هزاره بعد از ارسطو، این پدیده بار دیگر به صورت اتفاقی مشاهده شد.

این بار یک دانش آموز دبیرستانی تانزانیایی متوجه قضیه شد، داستان مشاهده او در مجله علمی نیوساینتیست به چاپ رسید. در سال 1963، این دانش آموز که امپمبا نام داشت، به همراه دانش آموز های دیگر برای مراسمی تدارک دیده بودند و می خواستند بستنی درست نمایند. برای درست کردن بستنی همانطور که می دانید شیر جوشیده شده ای که به آن شکر اضافه شده، باید یخ بزند.

امپمبا هم منتظر بود که ظرف شیر و شکرش سرد گردد تا بتواند آن را داخل یخچال بگذارد. اما او عجله داشت و از طرفی می دید که اگر زود نجنبد، دانش آموز های دیگر زودتر از او ظرف هایشان را در یخچال می گذارند و جایی برای ظرف او باقی نمی ماند، به همین علت ظرف سرد نشده اش را در یخچال گذاشت. اما او در کمال تعجب مشاهده کرد، که زودتر از دانش آموز های دیگر که ظرف شیر و شکر سرد را در یخچال گذاشته بودند، پیروز به تهیه بستنی شده است.

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

امپمبا اول کنجکاوی بیشتر نکرد و با همین شرح قانع شد، اما مدتی بعد از یکی از دوستانش که در شهر تانگا بستنی فروشی می کرد، شنید که او برای اینکه زودتر پیروز به تهیه بستنی گردد، ظرف سردنشده را مستقیما داخل یخچال می گذارد. به علاوه امپمبا متوجه شد که همه بستنی فروش های تانگا، همین کار دوستش را می نمایند.

مدتی بعد در دبیرستان، امپمبا سؤالش را عنوان نمود، اما معلمش حاضر به قبول آن نشد و به شوخی گفت که این چینن چیزی را فقط فیزیک امپمیا می گوید و نمی توان نشانی از آن در دانش فیزیک جهانی پیدا کرد. اما امپمبا مجددا در آزمایشگاه زیست شناسی، 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 خصوص این پدیده پرسید. آزبورن توجهی نداشت، ولی به امپمبا قول داد، این مورد را آنالیز کند. آزبورن از یک تکنسین آزمایشگاه خواست که این پدیده را امتحان کند، او هم به همان نتیجه امپمبا رسید. پایان در سال 1969، 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 می توان مشاهده کرد، بسیار خاص هستند، شکل یخچال یا منبع سردنماینده، شکل ظرف، ناخالصی و میزان گاز موجود در آب، همه در رخ دادن اثر امپمبا مؤثر هستند.

به عبارت بهتر دلیل واحدی برای پدیده امپمبا وجود ندارد و عوامل مختلفی در ایجاد این پدیده موثر هستند این دلایل عبارتند از:

1- تبخیر

فرض کنید، دو ظرف حای آب 70 درجه و آب 30 درجه داریم و آن ها را سرد می کنیم. هنگامی که آب گرم تر سرد می گردد، مقداری از حجم آن تبخیر می گردد، این مقدار حجم تبخیر شده آب از 2 راه باعث تسهیل یخ زدن آب گرم تر می گردد:

الف - مقدار جرم آب گرم تر را کم می نماید.

ب- برای تبخیر احتیاج به مقداری گرما است، آب تبخیر شده این گرما را از آب مایع می گیرد.

البته بدیهی است که تبخیر، به تنهایی نمی تواند اثر امپمبا را توجیه کند.

2- گاز های حل شده در آب

هر چقدر آب گرم تر باشد، میزان گاز حل شده کمتری در خود دارد، بنابراین جریان های همرفتی در آن تسهیل می گردد و آب به صورت یکنواخت تری خنک می گردد. به علاوه آبی که گاز کمتری دارد، نیار به از دست مقدار کمتری گرما برای تبدیل شدن به یخ دارد.

3- اثر سطح داغ

وقتی آب گرم تر سرد می گردد، جریان های همرفتی در آن به وجود می آید و توزیع گرما در آن به صورت یکنواخت نخواهد بود. چینن چیزی باعث می گردد که یک لایه آب گرم در بالای لایه آب سرد در آن ایجاد گردد. به این پدیده اثر سطح داغ می گویند. این دو لایه ای شدن آب گرم تر، باعث می گردد که سرعت خنک شدن آن نسبت به آب در ابتدا سردتر، بیشتر گردد.

4- اثر بر محیط اطراف

محیط اطراف ظرف های حاوی آب گرم و آب سردتر، هم بر یخ زدن آب ها اثر می گذارد. مثلا اگر آب گرم و سرد، هر دو روی لایه ای از یخ در یخچال قرار داده شوند، آب گرم تر ممکن است، در ابتدا باعث ذوب شدن مقداری یخ گردد و در یخ فرو رود و در نتیجه شرایط بهتری برای یخ زدن پیدا کند.

dorezamin.ir: دور زمین: آشنایی با زیبایی های دنیا در مجله گردشگری

namasho.com: نماشو: آگهی رایگان، رپورتاژ خبری، طراحی سایت، سئو و بهینه سازی وبسایت