Загадочный эффект Мпембы

1.

Муниципальное казенное
общеобразовательное учреждение Средняя
общеобразовательная школа пгт. Зарубино
Приморского края
«Загадочный эффект Мпембы»
Выполнила: ученица 10 класса Чашкова Александра
Руководитель: учитель физики Бернацкая Евгения Владимировна

2.

Цель: нашей исследовательской работы - подтверждение факта, что
горячая вода при отрицательной температуре замерзает быстрее холодной
и выявление условий, при которых этот процесс происходит быстрее.
Гипотеза: скорость изменения температуры воды зависит от начальной
температуры воды, от условий охлаждения, от наличия растворенных
газов, от контакта с холодильной установкой.
Объект исследования: вода (минерализованная, природная)

3.

Задачи:
Изучить материал парадокса используя интернет,
дополнительную литературу, СМИ (средства массовой
информации).
Изучить свойства воды.
Изучить процесс охлаждения и замерзания воды (количество
теплоты, которое выделяется при охлаждении, удельная
теплоемкость воды, зависимость удельной теплоемкости воды
от плотности, процесс кристаллизации, температура
кристаллизации, зависимость температуры замерзания
от плотности воды).
Исследовать зависимость скорости охлаждения воды
от различных параметров.
На основании практической работы сделать выводы.

4.

Актуальность темы
Не так давно я смотрела увлекательную передачу по телеканалу
DISCOVERY. В ней говорилось о том, что горячая вода при отрицательной
температуре замерзает быстрее холодной. Меня очень заинтересовало это
явление.
И захотелось самой проверить так ли это, тем более для этого необходимы лишь
вода, морозильная камера и емкости для воды. Результаты моих опытов легли
в основу данной исследовательской работы.

5.

«Если жизнь - это одушевленная
вода, то, также как и жизнь,
вода многолика и
характеристики ее бесконечны»
Антуан де Сент-Экзюпери
Вода – основа жизни на Земле, вещество привычное
и необычное. Ученые абсолютно правы: нет на Земле
вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода.

6.

Вода – это вещество, которое обладает своими
свойствами.
Химические свойства воды
характеризуются:
активной реакцией
жесткостью
окисляемостью
содержанием растворенных
солей
щелочность
растворенные газы
Свойства
воды
Физические свойства воды
характеризуются:
цвет
запах
вкус
прозрачность
температура
плотность
сжимаемость
вязкость
радиоактивность
электропроводность

7.

Эффект Мпемба
Эффект Мпембы (парадокс Мпембы) — парадокс, который
гласит, что горячая вода (при некоторых условиях) может
замёрзнуть быстрее, чем холодная. Данный парадокс
является экспериментальным фактом, противоречащим
обычным представлениям, согласно которым при одних
и тех же условиях более нагретому телу для охлаждения
до некоторой температуры требуется меньше времени, чем
менее нагретому телу для охлаждения до той же
температуры.

8.

История открытия
1963 году школьник, Эрасто Мпемба, заметил данный эффект на примере
мороженого, но объяснения ему не дал никто из взрослых. Тем не менее, физики
и химики серьёзно задумались над столь простым, но столь непонятным
явлением.
Опыт же состоял в следующем.
Во время школьной лабораторной работы ученики должны были приготовить
мороженое: вскипятить молоко, охладить и затем поместить его в холодильник.
Опасаясь, что времени для выполнения задания ему не хватит, Мпемба поставил в
холодильник ещё горячее молоко, а потом обнаружил, что оно застыло раньше,
чем порции мороженого, сделанные его коллегами.

9.

С физической
стороны
• Испарение
• Разница
температур
• Переохлаждение
• Конвекция
• Растворенные в
воде газы
• Теплопроводность
Объяснения
С химической
стороны
• Большое количество
запасенной энергии в
водородных связях между
молекулами вещества
• Увеличение роли сил
отталкивания при подъеме
температуры

10.

Проведение экспериментов
Опыт №1
Проводя первый опыт, взяв два стакана (в каждом стакане
одинаковое количество воды) , но разная температура. Разница
температур составляет 20 °C.
В первом стакане температура воды равна t=20 °C
Во втором стакане температура воды равна t=40 °C
Затем, поставили два стакана на дно морозильной камеры.
(Проверяя состояние воды через 10,20 и 40 минут.)

11.

Наблюдения опыта №1
Время, мин
1 стакан t=20 °C
2 стакан t=40 °C
Спустя 10 минут
Охлаждение температуры
воды
Охлаждение температуры
воды
Спустя 20 минут
Охлаждение температуры
воды
Охлаждение температуры
воды
Спустя 40 минут
На стенках стакана стал
образовываться ледяной
налет
На стенках стакана и на дне
стакана стал образовываться
ледяной налет
Спустя 60 минут
Лед хрупкий, его легко
проломить
Лед более твердый, его
тяжелее поломать

12.

Наблюдения за изменением температуры в каждом стакане
Время
,мин
5
10
15
20
30
Вода
(20оС)
17
15
11
6
2
Вода
(40оС)
31
25
15
11
0

13.

Опыт №2
Проводя второй опыт, взяв два стакана (в каждом стакане
одинаковое количество воды), но разная температура. Разница
температур составляет 20 °C.
В первом стакане температура воды равна t=20 °C
Во втором стакане температура воды равна t=40 °
Затем, поставив, поставили два стакана в морозильную камеру.
(Проверяя состояние воды через 10,20 и 40 минут.) Но ставим
стаканы не на дно морозильной камеры, как в первом опыте, а
на одинакового размера бруска.

14.

Наблюдения опыта №2
Время, мин
Спустя 10 минут
Спустя 20 минут
Спустя 60 минут
1 стакан t=20 °C
2 стакан t=40 °C
Охлаждение
Охлаждение температуры
температуры воды
воды
Охлаждение
Охлаждение температуры
температуры воды
воды
Лед хрупкий, его легко
поломать, на дне стакана
есть незастывшая вода
Лед образовался быстрее,
чем в первом стакане, лед
более твердый, его тяжелее
поломать

15.

Опыт №3
Проводя третий опыт, взяв два стакана (в каждом стакане
одинаковое количество воды) , но разная температура.
Разница температур составляет 60 °C.
В первом стакане температура воды равна t=20 °C
Во втором стакане температура воды равна t=80 °C
Затем, поставив, поставили два стакана в морозильную
камеру. (Проверяя состояние воды через 10,20 и 40 минут.)
Но ставим стаканы не на дно морозильной камеры, как в
первом опыте, а на одинакового размера бруска.

16.

Наблюдения опыта №3
Время, мин
Спустя 10 минут
1 стакан t=20°C
2 стакан t=80 °C
Охлаждение температуры
Охлаждение температуры
воды
воды
Спустя 20 минут
Охлаждение температуры
воды
Спустя 60 минут
Лед образовался не до
конца, есть незастывшая
вода. Лед очень хрупкий.
На стенках стакана
образовался ледяной налет.
Появление ледяной
прослойки на дне стакана.
Лед прочный.

17.

Наблюдения за изменениями температуры в каждом стакане
Чем больше разница
между температурами
воды и воздуха, тем
быстрее происходит
процесс
кристаллизации.

18.

Проведя все опыты, можно сделать вывод, что
горячая вода застывает быстрее, чем холодная. В
результате процесса испарения, теплопроводности,
наличия растворенных газов в воде и разницы
температур между водой и воздухом.

19.

Практическое применение:
1) Данный эффект может применяться для ускорения замораживания
ледяной горки в зимнюю пору, для этого необходимо полить горку горячей
водой.
2)Так же парадокс Мпембы можно использовать для защиты растений, во
время заморозков, для этого необходимо орошать растительные культуры
горячей водой для более быстрого образования ледяного панциря на
поверхности растений, который служит защитной оболочкой.
3)Еще можно заметить, что на основе данного эффекта автомобилисты,
зимой, заливают в бочок омывателя холодную воду, так как она замерзает
медленнее горячей.