Hiện Tượng Mpemba - Nước Nóng Đóng Băng Nhanh Hơn Nước Lạnh - Diễn đàn
[ New messages · Members · Forum rules · Search · RSS ]
Page 1 of 11
Forum moderator: hoangtuong 
Diễn đàn » Hóa học đại học và sau đại học » Hóa lí và hóa lí thuyết (Physical Chemistry) » Hiện Tượng Mpemba - Nước Nóng Đóng Băng Nhanh Hơn Nước Lạnh

Hiện Tượng Mpemba - Nước Nóng Đóng Băng Nhanh Hơn Nước Lạnh
hieu-manuNgày: Thứ tư, 2010-05-19, 0:37 AM | Tin nhắn # 1
Trung tá
Chức vụ: Chủ tịch HPChemC
Tổng số bài viết: 1031
Phần thưởng: 0
Danh tiếng: 24
Trạng thái: Offline
Hiện tượng nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh gọi là hiện tượng Mpemba.
Hiện tượng này đã được biết từ những năm 300 trước công nguyên bởi Aristotle, Bacon và Descartes nhưng không giải thích được. Hiện tượng này không được nói đến cho đến năm 1961, nó được đưa ra bởi một học sinh phổ thông tên là Mpemba. Hiện tượng này gây ngạc nhiên cho nhiều người, đặc biệt là các nhà khoa học, nhưng đây là một sự thật. Hiện tượng mà Mpemba nói đến như là một bằng chứng chống lại những quan điểm cho rằng “không có cái gì là không thể”.

Nhiều người cho rằng hiện tượng Mpemba là không thể có, bởi vì theo cách nghĩ thông thường: một ly nước ở 30oC phải mất khoảng 10 phút để đóng băng trong tủ lạnh, và một ly nước ở nhiệt độ 70oC phải mất một thời gian để làm nguội đến 30oC rồi mới mất thêm 10 phút nữa để đóng băng. Như vậy thời gian để đóng băng ly nước 70oC sẽ cao hơn thời gian đóng băng của ly nước 30oC. Vậy có gì sai ở đây ?

Cái sai ở đây là chỉ xem xét có một đại lượng là nhiệt độ trung bình của nước. Trong khi đó có những đại lượng hóa lý rất quan trọng khác mà không được xem xét đến. Những đại lượng này của một ly nước ở 70oC sẽ thay đổi khi làm nguội nước xuống nhiệt độ 30oC.

Ví dụ như trong thời gian nguội thì sẽ có sự mất thể tích, sự hòa tan không khí vào chất lỏng nhiều hơn, hay sự đối lưu. Ngoài ra, Những đại lượng này cũng có thể thay đổi do môi trường xung quanh ly nước (trong tủ lạnh). Tất cả 4 sự thay đổi này thì được xem quan trọng.

Vẫn chưa biết chính xác tại sao lại xảy ra hiện tượng trên. Nhiều lời giải thích về hiện tượng này được đưa ra nhưng vẫn chưa có một lời giải thích nào rõ ràng hoặc cơ chế đúng về vấn đề này.

Tại sao khoa học hiện đại không trả lời cho câu hỏi có vẻ như rất đơn giản này? Do thời gian quá trình làm lạnh nước rất nhạy với các yếu tố trong thí nghiệm như là: hình dạng và kích thước của vật chứa, hình dạng và kích thước của vật làm lạnh, hàm lượng khí và chất bẩn có trong nước, định nghĩa thời gian đóng băng, và rất nhiều yếu tốc khác. Nên, Đa số các nhà khoa học đều đồng ý là có hiện tượng Mpemba xảy ra, nhưng họ không đồng ý về điều kiện tiến hành thí nghiệm để cho ra kết quả, và do đó câu hỏi vẫn còn treo lơ lửng.

Các thí nghiệm chứng minh được tiến hành, nhưng thường dưới các điều kiện khác nhau, và chưa có lời giải thích nào đưa ra chắc chắn để gọi là một cơ chế cho hiện tượng này. Sau đây là 4 hướng được đưa ra để giải thích cho hiện tượng Mpemba.

1- Sự bay hơi – Khi làm nóng nước lạnh thì một lượng nước bị bay hơi và làm giảm khối lượng nước, nên làm nước nguội và đóng băng nhanh hơn, nhưng lượng nước đá sẽ ít. Tính toán lý thuyết cho thấy sự bay hơi có thể giải thích được hiện tượng nếu bạn cho rằng nước mất đi chỉ thông qua con đường bốc hơi.

Tuy nhiên, nó không thuyết phục, do hiện tượng bay hơi không giải thích được thí nghiệm khi các vật chứa được đóng nắp kỹ, và khi đó thì không có sự bay hơi. Và nhiều nhà khoa học cũng khẳng định rằng chỉ có hiện tượng bay hơi thì không đủ để giải thích các kết quả thí nghiệm của họ.

2 – Khí hòa tan –Một lượng lớn khí bay khỏi chất lỏng lúc sôi và nước nóng chứa ít khí hòa tan hơn nước lạnh. Bằng chứng thực nghiệm cho thấy khí hòa tan làm thay đổi các đặc tính của nước trong một số trường hợp, vì nước nóng có ít khí hòa tan nên điều này có lợi cho việc đối lưu và dễ đóng băng hơn ở nước lạnh.

Ngoài ra, khí hòa tan bay hơi có thể làm giảm một lượng nhiệt cần thiết để đóng băng một đơn vị khối lượng nước, hay làm thay đổi điểm sôi. Có một vài kết quả thí nghiệm ủng hộ lời giải thích này, nhưng không dựa trên cơ sở tính toán lý thuyết.

3 – Sự đối lưu - Ở mọi nhiệt độ, tỷ trọng giảm khi nhiệt độ tăng nên chất lỏng trên bề mặt bao giờ cũng ấm hơn lớp bên dưới. Chất lỏng nào sự chênh lệch nhiệt độ giữa trên và dưới cột chất lỏng thì được gọi là hiện tượng “ hot top”. Nếu nước bị mất nhiệt thông qua bề mặt, khi đó nước có hiện tượng “hot top” sẽ mất nhiệt nhanh hơn là nước không có hiện tượng này.

Vì vậy tốc độ làm lạnh của nước nóng (có hiện tượng hot top) sẽ nhanh hơn tốc độ làm lạnh của nước lạnh. Hiện tượng “hot top” đã được cho rằng liên quan đến sự đối lưu, và điều này có thể giải thích được hiện tượng Mpemba được hay không thì vẫn chưa khẳng định được.

4 – Môi trường xung quanh – Sự khác biệt giữa hai vật chứa nước nóng và lạnh có thể không liên quan đến nước chứa bên trong mà liên quan đến môi trường xung quanh hai vật chứa này. Nước nóng có thể làm thay đổi môi trường xung quanh nó trong một số trường hợp, nên ảnh hưởng đến quá trình làm lạnh. Ví dụ, Một vật chứa nước nóng đặt trên một lớp nước đóng băng, và cốc nước sẽ làm cho lớp băng chảy lỏng ra, và vì vậy thiết lập được một hệ làm nguội tốt hơn trong một thời gian dài.

Rõ ràng những thí nghiệm giống như thế này thì không phổ biến, vì hầu hết các thí nghiệm chứng minh không để cốc nước lên trên lớp nước đá.

Cuối cùng, sự chậm đông có thể xem là một yếu tố quan trọng có liên quan đến hiện tượng Mpemba. Sự chậm đông xảy ra khi nước không đóng băng ở 0oC, mà đóng băng ở nhiệt độ thấp hơn. Một thí nghiệm cho thấy rằng nước nóng có sự chậm đông ít hơn nước lạnh (tức điểm đóng băng của nước nóng sẽ cao hơn điểm đóng băng của nước lạnh).

Vì vậy nước nóng có thể sẽ đóng băng đầu tiên vì nhiệt đóng băng của nước nóng cao hơn nhiệt đóng băng của nước lạnh. Nếu đúng như vậy, thì vẫn chưa hoàn toàn giải thích được hiện tượng Mpemba, bởi vì chúng ta vẫn cần giải thích: tại sao nước nóng có sự chậm đông ít hơn nước lạnh ?.

Tóm lại, nước nóng thì đóng băng sớm hơn nước lạnh, trong đó có hàng ngàn trường hợp cụ thể khác nhau. Tuy nhiên, bất chấp các khẳng định được đưa ra bởi các nguồn thông tin khác nhau, thì vẫn chưa có một lời giải thích nào thỏa đáng về hiện tượng Mpemba. Nhiều cơ chế giải thích khác nhau được đưa ra, nhưng các kết quả thực nghiệm chứng minh thì vẫn còn bỏ lửng.

Nguồn:
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect
2. http://www.wired.com/wiredscience/2010/03/icy-hot/
3. http://www.phys.ncku.edu.tw/mirrors/...hot_water.html


Nguyễn Hữu Hiệu
SDT: 0934511477
email: hh10manu@gmail.com - hh10_manu@yahoo.com
Tài khoản
- Ngân hàng đông á
- Chủ tài khoản: Nguyễn Hữu Hiệu
- Số tài khoản: 0104213252.
 
ProfVietanhNgày: Thứ tư, 2010-05-19, 0:56 AM | Tin nhắn # 2
Thượng úy
Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn
Tổng số bài viết: 160
Phần thưởng: 0
Danh tiếng: 5
Trạng thái: Offline
Có thể là do
- Sức căng bề mặt của nước nóng thấp hơn nước lạnh
- Liên kết hiđrô giữa các phân tử nước trong nước lạnh mạnh hơn trong nước nóng nên các phân tử nước trong nước lạnh khó sắp xếp vào mạng tinh thể nước đá hơn các phân tử nước nóng có liên kết hiđrô yếu hơn.


Phạm Bá Việt Anh

Department of Analytical Chemistry
Faculty of Chemistry
Hanoi National University of Education
Mobile - Tel: (84) 943 919 789
 
hieu-manuNgày: Thứ tư, 2010-05-19, 11:43 PM | Tin nhắn # 3
Trung tá
Chức vụ: Chủ tịch HPChemC
Tổng số bài viết: 1031
Phần thưởng: 0
Danh tiếng: 24
Trạng thái: Offline
Theo tôi không phải vậy. nó liên quan nhiều đến tính chất nhiệt động của 2 cốc nước nóng và lạnh.
Chứ giải thích theo sức căng bề mặt thì chẳng ổn lắm vì những yếu tố đó quả bé để quyết định vấn đề


Nguyễn Hữu Hiệu
SDT: 0934511477
email: hh10manu@gmail.com - hh10_manu@yahoo.com
Tài khoản
- Ngân hàng đông á
- Chủ tài khoản: Nguyễn Hữu Hiệu
- Số tài khoản: 0104213252.
 
nguyendangminhnhanNgày: Thứ ba, 2012-02-14, 10:58 PM | Tin nhắn # 4
Thiếu úy
Chức vụ: Thành viên HPChemC
Tổng số bài viết: 10
Phần thưởng: 0
Danh tiếng: 0
Trạng thái: Offline
mình nghĩ nếu thay đổi áp suất thì có thể t sẽ làm cho nước nóng đóng băng được, nếu t có thể làm bay hơi nước ở 20 độ C thì ta cũng có thể làm đông nước ở 70 độ C
 
Diễn đàn » Hóa học đại học và sau đại học » Hóa lí và hóa lí thuyết (Physical Chemistry) » Hiện Tượng Mpemba - Nước Nóng Đóng Băng Nhanh Hơn Nước Lạnh
Page 1 of 11
Search:

Powered by uCoz | Website Builder Templates | Designed by game cheats