چرا آب گرم زودتر از آب سرد یخ می زند؟

محققان اسپانیایی با کشف این پدیده علمی در پوشش‌های میانی گرانولار، درب جدیدی را به روی درک تئوریک اثر امپمبا گشودند.

تیمی از محققان دانشگاه‌های کارلوس سوم مادرید و اکستریمادورا و سویلا یک چهارچوب نظری را تعریف کرده اند که طی آن می توان به شرح اثر امپمبا پرداخت. اثر امپمبا یک پدیده فیزیکی عجیب است و زمانی که آب گرم زودتر از آب سرد یخ می زند، خود را نشان می دهد.

محققانی که اخیرا این یافته ها را در نشریه علمی فیزیکال ریویو لترز (Physical Review Letters) منتشر کرده‌اند این یافته‌ها چگونگی روی دادن این پدیده در سیالات گرانولا را اثبات می‌کنند. سیالات گرانولار متشکل از ذرات بسیار کوچکی هستند که فعل و انفعالاتی میان آنها باعث می شود بخشی از انرژی جنبشی خود را از دست دهند. آنتونیو لازانتا در این باره می گوید “ما به لطف این ویژگی‌های تئوریک می توانیم این پدیده را روی یک رایانه شبیه‌سازی کنیم و محاسبات تحلیلی انجام دهیم تا دریابیم چطور و چه موقع اثر امپمبا روی می دهد.” لازانتا در موسسه دانشگاهی گرگوریو باربارانی میلان است که در زمینه مدل‌سازی و شبیه‌سازی دینامیک سیالات، علوم نانو و ریاضیات صنعتی فعالیت دارد. او در این باره می گوید “ما نه تنها دریافتیم که داغ ترین ماده می تواند سریعتر خنک شود بلکه به یک پدیده معکوس نیز پی بردیم و آن این است که سردترین ماده نیز می تواند سریعتر داغ شود که به آن اثر امپمبای معکوس می گویند.”

این حقیقت که مایعات پیش گرم شده می تواند سریع‌تر از آن‌هایی که از پیش سرد بوده اند، یخ بزنند، برای اولین بار در قرن چهارم میلادی توسط ارسطو مشاهده شد. فرانسیس بیکن، پدرعلم نوین و رنه دکارت، فیلسوف فرانسوی نیز به این پدیده علاقمند بودند. این پدیده در سال ۱۹۶۰ هنگامی‌که یک دانش آموز تانزانیایی بنام اراستو امپمبا آن را برای معلمش در کلاس بدین گونه شرح داد که داغ ترین مخلوط بستنی سریعتر از بستنی سرد یخ می زند، به یک نظریه تبدیل شد. این روایت الهام بخش یک مدرک تکنیکی در مورد این موضوع شد و این اثر در نشریات علمی و آموزشی مورد تحلیل قرار گرفت. این علت و معلول از آن زمان تا کنون به کرات مورد تحقیق و بررسی بوده است.

 hot water freezes faster than cold water

آنتونیو پرادوس، یکی از محققان دپارتمان فیزیک نظری دانشگاه سویلا، در این باره می گوید”این اثری است که از در طول تاریخ به شیوه ای دقیق و موشکافانه مورد بررسی قرار نگرفته است. اما گاهی از روی کنجکاوی به عنوان یک پدیده مبهم به آن پرداخته شده است. از  نظر ما مهم است که این پدیده تحت یک سیستم با حداقل اجزاء که بتوانند آن را کنترل کنند و رفتار آن را دریابند، مورد تحقیق قرار گیرد.” این امر آنها را قادر می سازد که دریابند این پدیده تحت چه شرایطی آسان‌تر روی می دهد و این یکی از بخش های اصلی این تحقیق علمی است. فرانسیسکو وگاریاز و آندرس سانتوس، محققان موسسه محاسبات علمی پیشرفته آوانزادا وابسته به دانشگاه اکستریمادورا، در این باره می گویند “ما به لطف این تحقیق برخی از اجزاء تشکیل دهنده فرآیند را مشخص کرده ایم. از این رو می توان گفت این اثر در برخی سیستم های فیزیکی روی می دهد که ما می توانیم آنها را از لحاظ تئوریکی بخوبی توصیف کنیم.”

آنها همچنین اضافه کردند “هنگامیکه سرعت فعل و انفعالات ذرات پیش از گرم شدن یا سرد شدن دارای یک وضعیت خاص مثلا پراکنش بالا در حدود میزان میانگین باشد، این اثر تا حد امکان با سهولت بیشتری روی خواهد داد. به این ترتیب اگر ذرات پیش از خنک شدن در این حالت قرار گیرند، تغییر دمای مایع می تواند بطور چشمگیری تحت تاثیر واقع شود.

این تحقیق در مورد “علوم پایه” علاوه بر کمک به ارتقا دانش بنیادی ممکن است در میان مدت یا دراز مدت کاربردهای دیگری نیز داشته باشد. در واقع این گروه محققان برنامه‌ریزی کرده اند تا آزمایشاتی را جهت تایید این نظریه انجام دهند. به گفته دانشمندان یادگیری و استفاده از این اثر ممکن است در زندگی روزمره شما کارایی داشته باشد. بعنوان مثال می توان از آن برای ساخت دستگاه‌های الکترونیکی که می خواهیم سریع‌تر خنک شوند، استفاده کرد.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.