راه‌حلی برای عجیب‌ترین معمای دنیای فیزیک: چرا آب داغ زودتر از آب سرد یخ می‌زند؟

آب داغ در مقایسه با آب سرد زودتر منجمد می‌شود. دانشمندان توضیحات مختلفی از اثرات همرفتی و تغییر لزجت آب تا تاثیر پیوند هیدروژنی بر انرژی پیوند مولکولی آب ارایه داده‌اند.

مجید جویا- چرا آب گرم زودتر از آب سرد یخ می‌زند؟ این سوالی است که باهوش‌ترین افکار عالم فیزیک را از زمان ارسطو تا به حال مشغول خود ساخته است، آن هم بدون نتیجه. حال گروهی فیزیکدان فکر می‌کنند که این راز قدیمی چند هزار ساله، را حل کرده‌اند.

این رفتار آب که به نام اثر امپمبا شناخته شده است، پدیده‌ای است که در آن، آب بر خلاف اغلب مایعات دیگر، هر چه دمایش گرم‌تر از دمای اتاق باشد، سریع‌تر یخ می‌زند.

دانشمندن نظریه‌های متفاوتی در مورد چرایی این رخداد ارائه کرده‌اند، ولی تاکنون هیچ کدام از آنها نتوانسته‌اند به طور کامل این پدیده عجیب و غریب فیزیکی را توضیح دهند.

به تازگی گروهی فیزیکدان در دانشگاه صنعتی نانیانگ سنگاپور راه حل احتمالی این مسئله را پیدا کرده‌ و توضیح این معما را به برهمکنش غیر عادی مولکول‌های آب با یکدیگر مرتبط کرده‌اند.

هر مولکول آب به مولکول همسایه‌اش از طریق نوعی پیوند الکترومغناطیسی متصل می‌شود که پیوند هیدروژنی نامیده می‌شود. همین پیوند است که منجر به ایجاد کشش سطحی آب و نقطه جوشی بالاتر از انتظار به نسبت مایعات دیگر می‌شود؛ اما دکتر سان چانگکینگ و دکتر زانگ از دانشگاه فنی نانیانگ ادعا می‌کنند که پیوند هیدروژنی این را هم توجیه می‌کند که مولکول‌های آب، چطور انرژی را ذخیره و آزاد می‌کنند.

به گفته آنها، سرعتی که در آن انرژی آب آزاد می‌شود، بسته به حالت اولیه آب متفاوت است و اگر دو لیوان آب داغ و آب سرد را داخل فریزر قرار دهیم، آب داغ می‌تواند انرژی را سریع‌تر آزاد ‌کند.

دکتر چانگکینگ می‌گوید: «فرایندها و سرعت رها سازی انرژی از آب، بسته به حالت انرژی پایه منابع، تفاوت ذاتی خواهد داشت».

اثر امپمبا از نام دانشجویی تانزانیایی به نام اراسطو امپمبا اقتباس شده که اولین بار مشاهده کرد که بستنی گرم، قبل از بستنی سرد یخ زده بود. او در سال 1969/1348 در مقاله‌ای نشان داد که حجم برابر آب خنک و آب داغ در یک یخچال، با سرعت‌های متفاوتی یخ می‌زنند، که در آن سرعت انجماد آب داغ بیشتر است.

این اثر همچنین می‌تواند کاربردهای واقعی در این دنیا داشته باشد، مانند اشتباه بودن استفاده از آب جوش برای یخ زدایی شیشه اتوموبیل در یک روز سرد زمستانی و یا زودتر یخ زدن لوله‌های آب گرم به نسبت لوله‌های آب سرد.

چندین نظریه برای توضیح این پدیده وجود دارند، شامل اینکه تبخیر آب گرم به این معنی است که آب کمتری برای یخ زدن وجود دارد. و یا نظریه دیگری که نشان می دهد که گازهای محلول در آب، در آب گرم آزاد می‌شوند و آن را ویسکوزتر می‌سازند.

سال گذشته انجمن سلطنتی شیمی انگلیس، برای هر کسی که بتواند بگوید که اثر امپمبا چطور کار می‌کند، هزار پوند جایزه تعیین کرد. نیکولا برگوویک که یک محقق شیمی در دانشگاه زاگرب است اوایل امسال به عنوان برنده این جایزه معرفی شد. او ازمایش‌هایی را با استفاده از بشرهایی در آزمایشگاه انجام داد و در مقاله‌ای نشان داد که شاید دلیل این ماجرا، اثر همرفتی باشد، چراکه جریان‌های همرفتی در آب ولرم، باعث می‌شوند که سریع‌تر خنک شود.

اما دکتر چانگکینگ و دکتر زانگ برای توضیح بیشتر این اثر، تلاش کردند تا از آزمایش این فرایند در سطح مولکولی استفاده کنند.
هفته گذشته آنها با انتشار مقاله‌ای نشان دادند که وقتی یخ تشکیل می‌شود، مولکول‌های آب خودشان را چطور می‌آرایند. آنها همچنین در مقاله دیگری اثر امپمبا را هم توضیح دادند.

آنها می‌گویند که برهمکنش بین پیوندهای هیدروژنی و پیوندهای قوی‌تری که اتم‌های اکسیژن و هیدروژن را در یک مولکول در کنار هم نگه می‌دارد و به عنوان پیوند کووالانسی شناخته می‌شود، سبب این اثر می‌شود.

در حالت طبیعی وقتی مایعی گرم می‌شود، پیوندهای کووالانسی بین اتم‌ها کشیده می‌شوند و انرژی ذخیره می‌کنند. به ادعای این محققان، پیوندهای هیدروژنی اثری غیرعادی در آب تولید می‌کنند که منجر به این می‌شود که وقتی که آب گرم شود، پیوندهای کووالانسی کوتاه‌تر شوند و انرژی ذخیره کنند. این مسئله منجر به این می‌شود که انرژی آزاد شده این پیوندها، در قیاس با انرژی اولیه حالت یخ زده در فریزر، شاهد افزایشی به صورت نمایی باشد. بنابراین آب گرم انرژی بیشتری را سریع‌تر از آب سرد از دست می‌دهد.

دکتر چانگکینگ می‌گوید: «گرم کردن، انرژی را بوسیله کوتاه کردن و محکم کردن پیوند کووالانسی ذخیره می‌کند. پیوند هیدروژن و اکسیژن که در یک فریزر سرد شده باشد انرژی‌اش را با سرعتی که به طور نمایی به انرژی ذخیره شده اولیه بستگی دارد، رها می‌کند و بنابراین اثر امپمبا اتفاق می‌افتد».

دکتر دنیس آزبورن استاد دانشگاه دارالسلام تانزانیا، که نویسنده دیگر مقاله‌ مشهور امپمبا در سال 1969/1348 بود، در مورد این ادعای جدید می‌گوید: «چندین مکانیزم مختلف ممکن است در ایجاد اثر امپمبا دخیل باشند. آنچه نویسندگان این مقاله توصیف می‌کنند به عنوان یک خاصیت پیوند هیدروژن و اکسیژن ممکن است تنها یکی از این عوامل باشد.»

53271

کد خبر 320539

برچسب‌ها

نظر شما

شما در حال پاسخ به نظر «» هستید.
6 + 9 =

نظرات

  • نظرات منتشر شده: 40
  • نظرات در صف انتشار: 0
  • نظرات غیرقابل انتشار: 4
  • علی IR ۱۸:۱۹ - ۱۳۹۲/۰۸/۱۲
    46 42
    کی گفته آب داغ زودتر از آب سرد یخ می‌زند؟
    • بی نام US ۱۹:۵۷ - ۱۳۹۲/۰۸/۱۲
      28 10
      واقعا!!! آب داغ اول آب یخ میشود بعد یخ میزند.
    • میثم A1 ۲۰:۵۵ - ۱۳۹۲/۰۸/۱۲
      32 4
      اینو یه دانش اموز تانزانیایی به اسم "امپمبا " به فیزیکدانای دنیا نشون داده!!
    • همایون A1 ۲۱:۰۵ - ۱۳۹۲/۰۸/۱۲
      23 6
      امتحان کن!
    • بی نام IR ۲۱:۱۲ - ۱۳۹۲/۰۸/۱۲
      36 2
      یعنی تا حالا نشنیده بودی؟! بهترین دلیلی که من شنیدم اینه که به خاطر جریان همرفتی آب گرم اول مرکز آب یخ میزنه و در عوض اب وعمولی اول دورش یخ میزنه که بخ مثل عایق عمل میکنه و هسته رو از سرما محفوظ نگه میداره!!
    • بی نام A1 ۲۱:۱۶ - ۱۳۹۲/۰۸/۱۲
      7 14
      امبمبا !
    • نفس IR ۰۸:۴۱ - ۱۳۹۳/۰۱/۱۹
      13 8
      همینی که هست باور نداری امتحانش کن
    • من دکتر آرمینا منوچهری هستم جراح هستم A1 ۱۳:۴۶ - ۱۳۹۴/۰۱/۱۲
      8 5
      مطالبی که شما گذااشته اید بسیار کم است
    • taha IR ۱۲:۱۱ - ۱۳۹۴/۰۸/۰۶
      6 3
      امتحان کن بعد حرف بزن
    • پویا A1 ۱۸:۲۵ - ۱۳۹۵/۱۱/۰۵
      13 4
      طبق قوانین ترمودینامیکی آب جز سیالاتیه که با در هنگام انجماد حجمش زیاد میشه و اصطلاحا منبسط میشه و این طور سیالات با افزایش فشار دماینقطه انجمادشون کاهش پیدا میکنه واسه همینه بطری آب معدنی رو که تو فریزر رو در میاری درشو باز میکنی یهو تا بالا یخ میزنه چون یهو فشارش با باز کردن در بطری کم میشه و نقطه انمادش میره بالا... و حالا ربط این به این موضوع بالا. وقتی آب داغ میشه به دلیل تبخیر فشار اتمسفر روی سطحش کاهش پیدا میکنه وهمچنین گاز های حل شده داخلش هم کمتر میشه و نقطه انجمادش بالاتر میره و زودتر یخ میزنه. این استدلال من از این موضوعه
  • حامد IR ۱۸:۴۸ - ۱۳۹۲/۰۸/۱۲
    43 3
    واقعا جالب بود
  • بی نام IR ۱۹:۴۸ - ۱۳۹۲/۰۸/۱۲
    6 16
    من که نفهمیدم
  • بی نام IR ۲۰:۰۶ - ۱۳۹۲/۰۸/۱۲
    31 20
    او..این همه داستان و تفسیر نداره علتش اینه که اب داغه و زودتر یخ میزنه
  • امیر A1 ۲۰:۰۷ - ۱۳۹۲/۰۸/۱۲
    21 8
    برداشتن نظرات منفی از این معما عجیب تر است.
  • محمد A1 ۲۰:۵۴ - ۱۳۹۲/۰۸/۱۲
    7 25
    من که تاحالا امتحان نکردم ولی حتما یکی از دلایلش اینه که رسوبات و املاح تو آب داغ خیلی کمتره .
    • بی نام A1 ۱۸:۰۲ - ۱۳۹۲/۰۸/۲۵
      25 10
      ای بابا! این دانشمندا هر دفعه با آب لوله‌کشی امتحان می‌کردن، یه ایمیل بزن بهشون.
    • محمد A1 ۱۸:۱۵ - ۱۳۹۴/۰۷/۱۲
      8 2
      به نظرت دانشمندان با آب لوله کشی این کارو انجام میدن
  • بی نام IR ۲۱:۰۴ - ۱۳۹۲/۰۸/۱۲
    16 7
    کلا هر چی در مورد آب خلاف مایعات دیگه هستو بگید بخاطر پیوند هیدروژنی هست آفرین شما نمره کامل گرفتید (امتحان شیمی اول دبیرستان تا آزمون دکترای شیمی)
  • بی نام A1 ۰۲:۴۰ - ۱۳۹۲/۰۸/۱۳
    5 6
    اقامحمد یک بار این ازمایش راباآبمقطرانجام بده ونظریه خودراااعلام کن .
  • بی نام هستم. IR ۱۸:۱۴ - ۱۳۹۲/۰۸/۱۳
    9 25
    من سطح علمیم زیاد بالانیست .جدا از فرمول های شیمی ،فکر می کنم که قطرات همونطور که به نقطه جوش رسیدند دارای نیروی جنشی خوبی هستن تا زمانیکه روی شعله است و اینکه وقتی از روی شعله بر می دارید نیروی جنشی تبدیل به نیروی پتانسیل می شه یعنی در هر مکانی که قرار بگیرند همون چیزی می شن که شما امتحان کردید.توی محیط گرم گرم و محیط سرد سرد.چون انرژی و گرفتید.این و روی آدم هم می شه امتحان کرد اگر اعتقادشون و ازشون بگیرد خنثی می شن و اگه انرژی منفی بدید دچار افسردگی و مرگ.آدم های که خنثی در حالتی هم بذاری هیچ اتفاقی براشون نمیفته!!!!برای همین آب گرم زودتر یخ می زنه.
    • هستی IR ۱۴:۲۲ - ۱۳۹۲/۱۲/۲۵
      5 5
      شایدم
  • مهدی IR ۰۶:۵۴ - ۱۳۹۲/۰۸/۲۰
    5 5
    صورت مسأله هنوز باقیه. حالا یکی باید جواب بده چرا پیوند کووالانسی در آب برخلاف چیزای دیگه بر اثر گرما کوتاهتر میشه؟
  • بی نام A1 ۱۹:۳۱ - ۱۳۹۲/۰۸/۲۱
    5 3
    چقدر ماشاءالله دانشمند داریم. در ویکی پدیا نگاه کنید mpemba effect اگر خواستید بیشتر بدانید. اسم طرف هم هس امپمبا. بعد از میم اول حرف پ است نه ب.
  • علی IR ۱۲:۳۵ - ۱۳۹۲/۰۹/۱۲
    11 7
    خوابم میاد.................
    • بی نام DE ۱۳:۲۶ - ۱۳۹۴/۱۲/۰۸
      4 3
      خب برو بخواب
  • یاشار IR ۲۲:۵۱ - ۱۳۹۲/۱۰/۱۸
    5 6
    چون هوایی که آب سرد دارد با هوای بیرون یا همان جایی که خنک است یکسان یا نسبتا یکسان است ولی یک آب داغ برعکس آن است می توان گفت که آب داغ با آب سرد رابطه ی مثبت منفی را دارد شاید اینطور باشد
  • بی نام IR ۱۷:۲۰ - ۱۳۹۳/۰۹/۰۷
    7 1
    خوب بود
  • سارا A1 ۰۸:۴۷ - ۱۳۹۳/۰۹/۲۹
    3 2
    من موضوع مقاله م این سواله لطفا اگه میشه مطالب بیشتری بزارین
  • حدیثه A1 ۲۰:۱۱ - ۱۳۹۳/۱۰/۱۹
    6 4
    ما موضوع جابر بن حیانمون همین موضوعه لطفا مطلب بیشتری بزارین
  • بی نام A1 ۰۷:۱۹ - ۱۳۹۳/۱۲/۰۷
    4 5
    حرف آقا یا خانم درست است که گفته است آب سرد عایق است
  • منصوری A1 ۲۱:۳۸ - ۱۳۹۴/۰۱/۲۲
    7 5
    با سلام به نظر شخصی من نخندید ولی فکر میکنم که چون یخ ازدیاد حجم پیدا میکند اب گرمتر تمایل بیشتری به ازدیاد حجم پیدا کردن دارد
  • توحید A1 ۱۳:۴۰ - ۱۳۹۴/۰۲/۰۲
    5 2
    هر چی گفته اشتباهه هنوز فیزیک دانان جهان به یه نظریه ی مشترک نرسیدند وهنوز دارند دربارش فکر میکنند.
  • emad IR ۱۴:۳۲ - ۱۳۹۵/۰۲/۱۰
    2 24
    این نظریه کاملا غلط است.من خودم این آزمایش را انجام دادم و مشاهده کردم آبی که سردتر بود زودتر یخ زده بود و روی آب گرم فقط چند لایه یخ مشاهده کردم برای رد کردن حرف من می توانید این آزمایش را انجام دهید
  • مرضیه A1 ۱۴:۲۵ - ۱۳۹۵/۰۲/۲۴
    3 0
    سلام . چرا وقتی بطری های آب معدنی ک پلمپن رو میذاریم جا یخدون ،بعش ک بیرون میاریم همونطوری آبن یخ نزده و بعدش ک پلمپش رو باز میکنیم یکم تکون تکونش میدیم شرو میکنه ب یخ زدن ؟ البته اینو بگم این سر بطری آب معدنی هایی صدق میکنه ک پلمپن وتا آخرش آبه...یعنی مقدار هوای داخلش کمه.... چرا اینطوریه دوستان؟
    • اشکان مهین فلاح IR ۱۵:۲۸ - ۱۳۹۵/۰۵/۰۲
      5 0
      به این علت که فشار زیاد داخل بطری نقطه انجماد رو پایین میبره وقتی در بطری باز میشه فشار داخل بطری کم میشه دمای آب زیر صفره در نتیجه آب یخ میزنه
  • سارا A1 ۱۰:۴۵ - ۱۳۹۵/۰۳/۰۶
    7 2
    منم اطلاعات زیادی ندارم اما فکر میکنم بخاطر یه شکی هست که به اب داغ وارد میشه و اونو تحریک به یخ زدن میکنه ، اب یخ به فضای سرد عادت داره پس داخل فریزر هم عادی ادامه میده ، اما شرایط اب داغ کامل متفاوت میشه و همین باعث تحریکش میشه ، این شرایط برای ما انسانها هم وجود داره ، اگه از اول توی شرایط سخت زندگی قرار بگیریم هرچقدر زندگی سخت تر بشه یواش یواش باهاش کنار میایم اما اگه توی ناز و نعمت باشم و یکدفعه وارد یه شزایط سخت بشیم مجبوریم هر چه سریعتر خودمونو باهاش وقف بدیم ، خواهشا مسخره نکنید
  • محمد DE ۰۴:۲۶ - ۱۳۹۵/۱۱/۱۶
    2 1
    ممنون از سایتتون
  • محمد DE ۰۴:۲۷ - ۱۳۹۵/۱۱/۱۶
    3 2
    ممنون از سایت خوبتون
  • پری A1 ۱۵:۵۱ - ۱۳۹۵/۱۲/۱۳
    2 1
    دلایل: تبخیر . خروج گاز های حل شده در اب. اثر سطح داغ . اثر بر محیط اطراف. همرفت و ابر سرد شدن این ها تمام چیزایی بود که من تو سایت های دیگه دیدم
  • بی نام A1 ۱۵:۲۸ - ۱۳۹۶/۰۷/۲۹
    8 2
    ببخشید بکباربه من بگویید چرا آب گرم زود تر از آب سرد یخ میزند؟؟؟؟؟