PDA

توجه ! این یک نسخه آرشیو شده میباشد و در این حالت شما عکسی را مشاهده نمیکنید برای مشاهده کامل متن و عکسها بر روی لینک مقابل کلیک کنید : اثر شرايط خاص بر پديده هاي فيزيکي



Tomcattter
03-01-2012, 00:08
کدام يک زودتر يخ مي زند

ترجمه؛ عليرضا مجيدي

به نظر شما آب گرم زودتر يخ مي زند يا آب سرد؟ شايد خيلي از شما فکر کنيد اين سوال بسيار پيش پاافتاده و پاسخ آن بسيار راحت است، اما حقيقت اين است که شما در پاسخ به اين سوال به احتمال زياد عجله کرده ايد و زود پاسخ قطعي داده ايد؛ چرا که آب گرم «تحت شرايطي» زودتر از آب سرد يخ مي زند،

چنين پديده يي متناقض است. طي آزمايش هاي زيادي چنين چيزي مشاهده و ثبت شده است. در واقع قرن هاست که دانشمندان متوجه اين پديده شده اند و دانشمنداني مثل ارسطو، بيکن و دکارت سال ها و قرن ها پيش آن را توصيف کرده اند.

ولي تا سال 1969 يعني زماني که يک دانش آموز دبيرستاني تانزانيايي، به صورت تصادفي متوجه آن شد، اين پديده توسط دانش مدرن امروزي مان مورد بررسي قرار نگرفته بود. به پديده زودتر يخ زدن آب گرم نسبت به آب سرد، البته تحت شرايطي خاص «اثر امپمبا» گفته مي شود. نخستين بار ارسطو 300 سال قبل از ميلاد مسيح متوجه اين پديده شد. دانشمندان قرون وسطي زماني که مي خواستند تئوري گرما را تبيين کنند، متوجه اين پديده شدند. در سال 1461 فيزيکداني به نام «جيوواني مارلياني» چهار اونس آب حرارت ديده و آب معمولي را براي يخ زدن در بيرون قرار داد و در کمال تعجب مشاهده کرد آب گرم تر زودتر يخ بسته است، اما نتوانست توجيهي براي اين مشاهده خود پيدا کند.

زماني که تئوري مدرن گرما توسط دانشمندان مختلف تبيين شد، پديده «امپمبا» به کلي فراموش شد، اما 500 سال بعد از آزمايش «مارلياني» و بيشتر از دو هزار سال بعد از ارسطو اين پديده بار ديگر به صورت اتفاقي مشاهده شد. اين بار يک دانش آموز دبيرستاني تانزانيايي متوجه قضيه شد و داستان مشاهده او در مجله علمي نيوساينتيست به چاپ رسيد. در سال 1963 اين دانش آموز که «امپمبا» نام داشت به همراه دانش آموزان ديگر براي مراسمي که تدارک ديده بودند، مي خواستند بستني درست کنند. براي درست کردن بستني همان طور که مي دانيد شير جوشيده شده يي که به آن شکر اضافه شده، بايد يخ بزند. «امپمبا» هم منتظر بود که ظرف شير و شکرش سرد شود تا بتواند آن را داخل يخچال بگذارد. اما او عجله داشت و از طرفي مي ديد اگر زود نجنبد، دانش آموزهاي ديگر زودتر از او ظرف هايشان را در يخچال مي گذارند و جايي براي ظرف او باقي نمي ماند، به همين علت ظرف سردنشده اش را در يخچال گذاشت. اما او در کمال تعجب مشاهده کرد زودتر از دانش آموزهاي ديگر که ظرف شير و شکر سرد را در يخچال گذاشته بودند، موفق به تهيه بستني شده است.

«امپمبا» که تعجب کرده بود، از معلمش در اين مورد پرسيد، اما دبير فيزيک به او گفت ممکن است اشتباهي کرده باشد. «امپمبا» در ابتدا کنجکاوي بيشتري نکرد و با همين توضيح قانع شد، اما مدتي بعد از يکي از دوستانش که در شهر تانگا بستني فروش بود، شنيد که او براي اينکه زودتر موفق به تهيه بستني شود، ظرف سردنشده را مستقيماً داخل يخچال مي گذارد. به علاوه «امپمبا» متوجه شد همه بستني فروش هاي تانگا همين کار دوستش را مي کنند. مدتي بعد در دبيرستان، «امپمبا» سوالش را مطرح کرد، اما معلمش حاضر به قبول آن نشد و به شوخي گفت چنين چيزي را فقط فيزيک «امپمبا» مي گويد و نمي توان نشاني از آن در دانش فيزيک جهاني پيدا کرد. اما «امپمبا» مجدداً در آزمايشگاه زيست شناسي اين پديده را با استفاده از ظرف آب گرم و سرد تکرار کرد و دوباره به همان نتيجه سابق رسيد.

مدتي بعد يک استاد فيزيک به نام دکتر «آزبورن» از دبيرستان «امپمبا» بازديد کرد. «امپمبا» از فرصت استفاده کرد و از دکتر «آزبورن» هم در مورد اين پديده پرسيد. «آزبورن» به سوالش توجهي نکرد، اما به او قول داد اين مورد را بررسي کند. «آزبورن» از يک تکنسين آزمايشگاه خواست اين پديده را امتحان کند. او هم به همان نتيجه «امپمبا» رسيد. سرانجام در سال 1969 مشاهدات «امپمبا» و دکتر «آزبورن» به چاپ رسيد و پديده زودتر يخ زدن آب گرم، به «اثر امپمبا» موسوم شد.

شرايطي که تحت آن پديده «امپمبا» را مي توان مشاهده کرد، بسيار خاص هستند. شکل يخچال يا منبع سردکننده، شکل ظرف، ناخالصي و ميزان گاز موجود در آب، همه در رخ دادن «اثر امپمبا» موثر هستند. نمي توان «اثر امپمبا» را با مکانيسمي واحد توجيه کرد و در حقيقت مکانيسم هاي توجيه کننده فعلي بيشتر حدس هستند تا دليل قطعي؛

1- تبخير؛ فرض کنيد دو ظرف آب 70 و 30 درجه داريم و آنها را سرد مي کنيم. هنگامي که آب گرم تر سرد مي شود، مقداري از حجم آن تبخير مي شود، اين مقدار حجم تبخير شده آب از دو راه باعث تسهيل يخ زدن آب گرم تر مي شود؛

الف- مقدار جرم آب گرم تر را کم مي کند.

ب- براي تبخير نياز به مقداري گرما است. آب تبخير شده اين گرما را از آب مايع مي گيرد. البته بديهي است که تبخير به تنهايي نمي تواند «اثر امپمبا» را توجيه کند.

2- گازهاي حل شده در آب؛ هر چقدر آب گرم تر باشد ميزان گاز حل شده کمتري در خود دارد. بنابراين جريان هاي همرفتي در آن تسهيل مي شود و آب به صورت يکنواخت تري خنک مي شود. به علاوه آبي که گاز کمتري دارد، نياز به از دست دادن مقدار کمتري گرما براي تبديل شدن به يخ دارد.

3- اثر سطح داغ؛ وقتي آب گرم تر سرد مي شود، جريان هاي همرفتي در آن به وجود مي آيد و توزيع گرما در آن به صورت يکنواخت نخواهد بود. چنين چيزي باعث مي شود يک لايه آب گرم در بالاي لايه آب سرد در آن ايجاد شود. به اين پديده اثر سطح داغ مي گويند. اين دو لايه يي شدن آب گرم تر باعث مي شود که سرعت خنک شدن آن نسبت به آب در ابتدا سردتر، بيشتر شود.

4- اثر بر محيط اطراف؛ محيط اطراف ظرف هاي حاوي آب گرم و آب سردتر، هم بر يخ زدن آب ها اثر مي گذارد. مثلاً اگر آب گرم و سرد، هر دو روي لايه يي از يخ در يخچال قرار داده شوند، آب گرم تر ممکن است در ابتدا باعث ذوب شدن مقداري يخ شود و در يخ فرو رود و در نتيجه شرايط بهتري براي يخ زدن پيدا کند.

www.math.ucr.edu
روزنامه اعتماد