array(0) { }

Kāpēc karsts ūdens sasalst ātrāk nekā auksts?

Ūdens ir ķīmiskais elements, kurš sastāv no ūdeņraža un skābekļa. Bez ūdens nevarētu pastāvēt ne dzīvā daba, ne cilvēks. Pastāv uzskats, ka tieši ūdenī ir radusies visas dzīvās radības un augi. Ūdens platība uz Zemes sasniedz 71% eksistējot dažādos agregātstāvokļos – ledus, jūras un upes, migla. Ūdens ir minēts visu kultūru leģendās un mītos, tam piedēvētas dziednieciskas spējas un šķīstuma simbols. Vārdu sakot, ūdens ir visa pamata pamats.

Ūdens ir ne tikai dzīvības avots, bet arī plašs izpētes objekts zinātniekiem un fiziķiem. Joprojām pastāv dažādi viedokļi par tā fiziskajām īpašībām. Viena no apstrīdētākajām teorijām – karsts ūdens sasalst ātrāk nekā karsts.

Kāds skolnieks Erasto Mpemba no Tanzānijas (Āfrika) 1963.gadā mācību stundas laikā gatavoja saldējumu. Nesekojot receptei nepacietības dēļ, Erasto atdzesēta piena vietā izmantoja vēl karstu pienu. Viņš ievēroja, ka viņa saldējuma masa sasalst daudz ātrāk, nekā klasesbiedriem, kuri izmantoja atdzesētu pienu. Vēlāk Erasto sāka pētīt apstākļus kādos karsts ūdens sasalst ātrāk nekā karsts. Pateicoties viņa pētījumiem šī neparastā parādība nosaukta viņa vārdā jeb Mpembas efekts.

3

 

Jāpiebilst, ka joprojām īsti nav noskaidrots un līdz galam atklāta šī ūdens fizikālā īpašība un tās rašanās cēloņi. Taču pastāv dažas teorijas. Viena no spēcīgākajām ir jau pieminētais Mpembas efekts. Karsts ūdens iztvaiko daudz ātrāk nekā auksts. Nedaudz atdzisis tikko vārījies ūdens sāk iztvaikot, līdz ar to tas zaudē daļu savas masas. Tātad teorētiski palicis mazāk ūdens, kuram jāsasalst. Taču gan Mpemba pats, gan citi zinātnieki apliecina, ka tas nevarētu būt vienīgais iemesls šim fenomenam. Vairāki pētījumu apliecina, ka vajadzīgi specifiski apstākļi, lai karsts ūdens tiešām sasaltu ātrāk. Piemēram, 100oC sasals ātrāk, nekā ūdens temperatūru 600C. Savukārt, ja ūdens temperatūra nepārsniegs 60oC, tas sasals ātrāk nekā ūdens, kas tikko ir vārījies. Cits piemērs, saldētavā ievieto divus metāliskus traukus ar vienādu ūdens daudzumu – vienā ūdens ir karsts, otrā auksts. Aukstajam ūdenim sasalstot, vispirms sasalst tā ūdens daļa, kas ir vistuvāk aukstuma avotam jeb apakša. Ūdenim sasniedzot gandrīz 40C, gandrīz sasalušais ūdens paceļas augšpusē. Šis process atkārtojas tik ilgi, kamēr viss ūdens traukā būs sasalis pavisam. Ja ūdens ir karsts, apakšējais ūdens slānis būs daudz blīvāks un smagāks, nekā ūdens augšpusē. Līdz ar to nenotiks ūdens rotēšana -ūdens apakšā turpinās sasalt, kamēr augšējais slānis joprojām būs silts. Laika ietilpības ziņā karsts ūdens sasals ātrāk.

attēls 1.

Iespējams, šīs parādības būtība slēpjas ūdens ķīmiskajā sastāvā. Visi esam skolā mācījušies, ka ūdens sastāv no viena skābekļa atoma un diviem ūdeņraža atomiem. Kad ūdens temperatūra ceļas, ūdens molekulas attālinās viena no otras un ūdeņraža saites nedaudz pagarinās. Paaugstinoties temperatūrai ūdeņraža saites kļūst vēl garākas un skābeklis it kā atdalās no ūdeņraža, kļūstot par atsevišķu molekulu. Esot šādā stāvoklī, attiecības starp atomiem kļūst visai saspringtas – skābekļa atoms, mēģinot atrauties no ūdeņraža atoma, te pievelkas, te atraujas ar ūdeņraža saites palīdzību. Ja ūdeni sasaldē šādā stāvoklī, molekulas strauji zaudē savu enerģiju un kļūst mierīgas līdz pilnīgai sasalšanai. Aukstam ūdenim šis process noris daudz lēnāk, jo ūdens molekulas tik strauji nezaudē savu enerģiju un līdz ar to arī ūdens blīvumu. (attēls 1.)

6. marts, 2016 | 3882 Skatījumi | 0 komentāri | Autors: Draxo
Komentēt var tikai reģistrēti lietotāji.
Reģistrēties, vai ienākt.
Pierakstīties uz jaunumiem
Vai arī iespējams vēlaties reģistrēties.