Shenja e parë e dimrit është akulli që noton në sipërfaqen e pellgjeve dhe liqeneve. Kjo mund të duket e parëndësishme dhe jo shumë e rëndësishme, por nëse uji do të sillej njësoj si pothuajse të gjitha lëngjet e tjera, askush nuk do të mund të bënte patinazh në një pellg, sepse akulli do të zhytej në fund sapo të formohej. Për t'i bërë gjërat edhe më keq, Toka në këtë rast me sa duket do të ishte një shkretëtirë pa jetë, pasi shumica e ujit do të shtrihej në formën e akullit në fund të oqeaneve, liqeneve dhe lumenjve.
Shumica e lëngjeve kontraktohen kur ftohen, duke u zvogëluar në vëllim dhe duke u rritur në densitet. Për shembull, dylli i ngurtë i qiririt zhytet në fund të një tasi me dyll të shkrirë më të nxehtë. Uji gjithashtu tkurret, por vetëm derisa të arrijë 4°C (39°F). Nën këtë temperaturë uji fillon të zgjerohet dhe dendësia e tij zvogëlohet. Prandaj, akulli është më i lehtë se uji pranë pikës së tij të ngrirjes, dhe si rezultat, noton.
Si ngrin uji
- Uji i pellgut i ftohur në 4°C (39°F) bëhet më i dendur dhe zhytet në fund. Uji më i ngrohtë dhe për këtë arsye më i lehtë ngrihet në sipërfaqe, ftohet dhe gjithashtu fundoset.
- Kur pjesa e fundit e ujit është ftohur në 4°C (39°F), konvekcioni, i cili shkakton fundosjen e ujit të ftohtë dhe ngritjen e ujit më të ngrohtë, ndalon. Në këtë rast, i gjithë uji ka të njëjtën temperaturë. Dendësia e ujit është gjithashtu e njëjtë.
- Kur uji në shtresën sipërfaqësore ftohet nën 4°C (39°F), ai zgjerohet dhe bëhet më pak i dendur. Meqenëse uji në 3°C (37°F) është më i lehtë se në 4°C (s39°F), uji më i ftohtë mbetet në krye.
- Shtresa sipërfaqësore e ujit vazhdon të ftohet me një ulje të mëtejshme të densitetit. Më në fund, në 0°C (32°F), shtresa sipërfaqësore e ujit kthehet në akull.
Zgjerimi termik dhe dendësia e ujit
Në temperaturat mbi 4°C (39°F), uji tkurret ndërsa ftohet, duke arritur dendësinë më të madhe në 4°C. Megjithatë, nëse ftohja vazhdon dhe temperatura bie nën 4°C, uji fillon të zgjerohet dhe dendësia e tij zvogëlohet. Në mënyrë sasiore, dendësia është e barabartë me masën e një njësie vëllimi të një substance dhe zakonisht matet në g/cm3.
Dylli dhe akulli ngrijnë ndryshe
Një fryrje formohet në sipërfaqen e kubit të akullit (foto majtas) sepse uji në qendër të kubit ngrin i fundit dhe, duke u zgjeruar ndërsa ngrin, mund të ngrihet vetëm lart. Në të kundërt, një depresion formohet në krye të kubit të dyllit sepse dylli (fotografia e mesme) tkurret pas ngurtësimit. Lëngjet që kontraktohen në mënyrë të barabartë kur ngrihen (figura djathtas) formojnë një sipërfaqe konkave.
Koha e vitit dhe temperatura e ujit të liqenit
Në verë, uji është më i ngrohtë në sipërfaqe sesa në thellësi. Në dimër, liqeni mund të mbulohet me akull dhe uji në thellësi do të bëhet më i ngrohtë se në sipërfaqe.
Kjo histori filloi më shumë se gjysmë shekulli më parë, por nuk ka marrë një zgjidhje deri më sot. Dhe gjithçka sepse, sado të përpiqen mijëra mendje kureshtare nga i gjithë planeti, ata nuk mund të gjejnë zgjidhjen e vetme të saktë për Mpemba.
Në vitin 1963, një student afrikan që nuk binte në sy, i quajtur Erasto Mpemba, vuri re një të çuditshme: një përzierje e ngrohtë akullore ngriu më shpejt se një e ftohur.
Vëzhgimi dukej aq i pabesueshëm sa mësuesi i fizikës mund të qeshte vetëm me zbulimin e eksperimentuesit të pafat. Sidoqoftë, Erasto ishte i bindur se kishte të drejtë dhe nuk kishte frikë të bëhej përsëri një përqeshje: pak më vonë ai ngriti një pyetje të rrëshqitshme me Denis Osborne, një profesor në Universitetin e Dar es Salaam, Tanzani. Shkencëtari nuk nxitoi në përfundime të nxituara dhe vendosi të studiojë problemin. Më pas, në vitin 1969, revista Physics Education botoi material që përshkruan paradoksin e Mpemba.
Në qarqet shkencore ata kujtuan menjëherë se diçka e ngjashme ishte thënë tashmë nga mendjet më të mëdha të kohërave të shkuara. Për shembull, përmenda edhe banorët e Pontit të lashtë grek, të cilët gjatë peshkimit dimëror ngrohnin ujin dhe njomnin kallamishte në të që të ngurtësohej më shpejt. Shumë shekuj më vonë, Francis Bacon shkroi: «Uji që është pak i ftohtë ngrin shumë më lehtë se uji që është plotësisht i ftohtë.»
Në përgjithësi, pyetja është po aq e vjetër sa bota, por kjo vetëm nxit interesin për zgjidhjen. Gjatë dekadave të fundit, shumë teori janë paraqitur për të shpjeguar efektin Mpemba. Më të mundshmet prej tyre u shpallën në vitin 2013 në një ngjarje gala të mbajtur nga Shoqëria Mbretërore e Kimisë e Britanisë së Madhe. Shoqata profesionale ka studiuar 22.000 (!) opinione dhe ka identifikuar vetëm një prej tyre, që i përket Nikola Bregoviqit.
Kimisti kroat vuri në dukje rëndësinë e proceseve të konvekcionit dhe superftohjes së një lëngu kur ai ngrin.
Kështu përshkruhen këto dukuri në Wikipedia:
- Uji i ftohtë fillon të ngrijë nga lart, duke ngadalësuar kështu proceset e rrezatimit termik dhe konvekcionit, dhe rrjedhimisht humbjen e nxehtësisë, ndërsa uji i nxehtë fillon të ngrijë nga poshtë.
- Një lëng i superftuar është një lëng që ka një temperaturë nën temperaturën e kristalizimit në një presion të caktuar. Një lëng i superftuar merret nga një lëng normal duke u ftohur në mungesë të qendrave të kristalizimit.
Në mbarë botën dhe një çek prej 1000 £ ishte një shpërblim i mirë. Meqë ra fjala, fituesin e përshëndetën Erasto Mpemba dhe Denis Osborne.
Scienceblogs.comCila duhet të jetë temperatura e ujit para ngrirjes?
Ende nuk ka një përgjigje të qartë për këtë pyetje. Edhe pse Shoqëria Mbretërore e Kimisë ka vendosur, ajo nuk e ka ndalur plotësisht debatin. Hipoteza të reja po shtrohen ende dhe po bëhen përgënjeshtrime.
Edhe pse ekziston një e dhënë e vogël: revista e njohur shkencore New Scientist kreu kërkime dhe arriti në përfundimin se kushtet më të mira për përsëritjen e efektit Mpemba janë dy enë me ujë me temperatura 35 dhe 5 ° C.
Kështu, nëse ka mbetur shumë pak kohë para festës, hidheni në ujë, temperatura e të cilit është e krahasueshme me temperaturën e dhomës në verën e nxehtë. Është më mirë të mos përdorni ujë rubineti mirë ose të ftohtë.
Kjo histori filloi më shumë se gjysmë shekulli më parë, por nuk ka marrë një zgjidhje deri më sot. Dhe gjithçka sepse, sado të përpiqen mijëra mendje kureshtare nga i gjithë planeti, ata nuk mund të gjejnë zgjidhjen e vetme të saktë për Mpemba.
Në vitin 1963, një student afrikan që nuk binte në sy, i quajtur Erasto Mpemba, vuri re një të çuditshme: një përzierje e ngrohtë akullore ngriu më shpejt se një e ftohur.
Vëzhgimi dukej aq i pabesueshëm sa mësuesi i fizikës mund të qeshte vetëm me zbulimin e eksperimentuesit të pafat. Sidoqoftë, Erasto ishte i bindur se kishte të drejtë dhe nuk kishte frikë të bëhej përsëri një përqeshje: pak më vonë ai ngriti një pyetje të rrëshqitshme me Denis Osborne, një profesor në Universitetin e Dar es Salaam, Tanzani. Shkencëtari nuk nxitoi në përfundime të nxituara dhe vendosi të studiojë problemin. Më pas, në vitin 1969, revista Physics Education botoi material që përshkruan paradoksin e Mpemba.
Në qarqet shkencore ata kujtuan menjëherë se diçka e ngjashme ishte thënë tashmë nga mendjet më të mëdha të kohërave të shkuara. Për shembull, përmenda edhe banorët e Pontit të lashtë grek, të cilët gjatë peshkimit dimëror ngrohnin ujin dhe njomnin kallamishte në të që të ngurtësohej më shpejt. Shumë shekuj më vonë, Francis Bacon shkroi: «Uji që është pak i ftohtë ngrin shumë më lehtë se uji që është plotësisht i ftohtë.»
Në përgjithësi, pyetja është po aq e vjetër sa bota, por kjo vetëm nxit interesin për zgjidhjen. Gjatë dekadave të fundit, shumë teori janë paraqitur për të shpjeguar efektin Mpemba. Më të mundshmet prej tyre u shpallën në vitin 2013 në një ngjarje gala të mbajtur nga Shoqëria Mbretërore e Kimisë e Britanisë së Madhe. Shoqata profesionale ka studiuar 22.000 (!) opinione dhe ka identifikuar vetëm një prej tyre, që i përket Nikola Bregoviqit.
Kimisti kroat vuri në dukje rëndësinë e proceseve të konvekcionit dhe superftohjes së një lëngu kur ai ngrin.
Kështu përshkruhen këto dukuri në Wikipedia:
- Uji i ftohtë fillon të ngrijë nga lart, duke ngadalësuar kështu proceset e rrezatimit termik dhe konvekcionit, dhe rrjedhimisht humbjen e nxehtësisë, ndërsa uji i nxehtë fillon të ngrijë nga poshtë.
- Një lëng i superftuar është një lëng që ka një temperaturë nën temperaturën e kristalizimit në një presion të caktuar. Një lëng i superftuar merret nga një lëng normal duke u ftohur në mungesë të qendrave të kristalizimit.
Në mbarë botën dhe një çek prej 1000 £ ishte një shpërblim i mirë. Meqë ra fjala, fituesin e përshëndetën Erasto Mpemba dhe Denis Osborne.
Scienceblogs.comCila duhet të jetë temperatura e ujit para ngrirjes?
Ende nuk ka një përgjigje të qartë për këtë pyetje. Edhe pse Shoqëria Mbretërore e Kimisë ka vendosur, ajo nuk e ka ndalur plotësisht debatin. Hipoteza të reja po shtrohen ende dhe po bëhen përgënjeshtrime.
Edhe pse ekziston një e dhënë e vogël: revista e njohur shkencore New Scientist kreu kërkime dhe arriti në përfundimin se kushtet më të mira për përsëritjen e efektit Mpemba janë dy enë me ujë me temperatura 35 dhe 5 ° C.
Kështu, nëse ka mbetur shumë pak kohë para festës, hidheni në ujë, temperatura e të cilit është e krahasueshme me temperaturën e dhomës në verën e nxehtë. Është më mirë të mos përdorni ujë rubineti mirë ose të ftohtë.
Uji- një substancë jashtëzakonisht e rëndësishme për çdo krijesë të gjallë dhe për të gjithë planetin në tërësi. Ishte vetëm falë pranisë së ujit në planetin tonë që jeta dikur mundi të lindte, dhe vetëm falë vetive fizike dhe kimike të ujit, jeta ishte në gjendje të zhvillohej dhe të përhapej. Por a keni menduar ndonjëherë për këto veti, a i keni bërë vetes pyetjen: "Pse uji i ndryshon aq lehtë gjendjet e tij fizike dhe çfarë e lejon atë ta bëjë këtë?"
Uji- komponim inorganik i tipit binar, d.m.th. i formuar nga atomet e dy elementeve të ndryshëm kimikë. Një molekulë uji përmban dy atome hidrogjeni dhe një atom oksigjen.
Në Tokë, për shkak të temperaturës dhe presionit normal, shumica dërrmuese e ujit është në gjendje të lëngshme - rreth 98%, një tjetër 1.7% gjendet në akullnajat dhe afërsisht 0.001% gjendet në atmosferë në gjendje të gaztë. Ekzistenca e tre formave agregate njëherësh brenda një diapazoni relativisht të ngushtë të temperaturës (nënkupton kushtet klimatike të Tokës) është për shkak të strukturës fizike të veçantë të molekulave të ujit dhe lidhjeve ndërmjet tyre.
Kalimet e ujit nga një gjendje grumbullimi në një tjetër shkaktohen nga vetitë e tij fizike, në veçanti nga karakteristikat e lidhjeve molekulare dhe ndryshimet në vetitë e tyre nën ndikimin e kushteve të caktuara mjedisore.
Në temperatura nga 1 deri në 99 gradë Celsius Molekulat e ujit janë në lëvizje të vazhdueshme për shkak të energjisë termike. Në këtë rast, çdo molekulë uji është e lidhur njëkohësisht me katër molekula të tjera; kjo lidhje vazhdimisht përpiqet të formojë një strukturë të caktuar të renditur, por lëvizja termike e pengon këtë. I gjithë ky "billibird" kompleks shkencor mund të shpjegohet pak më thjesht: të gjitha molekulat e ujit janë të ndërlidhura, por lëvizja e tyre në lidhje me njëra-tjetrën nuk i lejon ata të marrin ndonjë strukturë specifike. Kjo mund të shihet lehtësisht duke përdorur një shembull: derdhja e ujit në një gotë - uji do të marrë menjëherë formën e gotës, por në vetvete nuk mund ta mbajë këtë formë.
Kjo është përafërsisht se si duken molekulat e ujit në një gjendje të lëngshme. Çdo molekulë është e lidhur me katër të tjera dhe të gjitha janë në lëvizje të vazhdueshme.
Në 0°C energjia e lidhjeve molekulare fillon të mbizotërojë mbi energjinë e lëvizjes termike. Si rezultat, energjia termike nuk pengon më formimin e një strukture të rregulluar rreptësisht. Distanca midis molekulave rritet, dendësia e ujit, përkundrazi, zvogëlohet dhe të ashtuquajturat, ose thjesht akull. Është falë formimit të një strukture të rregullt dhe të qëndrueshme që akulli mund të ruajë formën e tij.
Rrjetë kristalore e ujit. Topat e kuq janë atome oksigjeni, topat gri janë atome hidrogjeni. Vijat gri me pika janë lidhje hidrogjeni.
Në një temperaturë prej 0 °C, energjia e lidhjeve molekulare mbizotëron mbi energjinë e lëvizjes termike - asgjë tjetër nuk ndërhyn në formimin e një strukture të rregulluar dhe të ashtuquajturit struktura kristalore e ujit, ose thjesht akull.
Në një temperaturë prej 100 °C lidhjet molekulare prishen, si rezultat i të cilave molekulat ndahen nga njëra-tjetra dhe uji hyn në fazë çift(gjendje e gaztë). Për të thyer lidhjet, kërkohet një sasi e madhe energjie, d.m.th. ngrohjes.
Si përgjithësim, mund të themi se kalimet e ujit nga një gjendje grumbullimi në një tjetër shkaktohen nga vetitë e tij fizike, në veçanti nga karakteristikat e lidhjeve molekulare dhe ndryshimet në vetitë e tyre nën ndikimin e kushteve të caktuara mjedisore.
Disa fakte interesante rreth gjendjeve fazore të ujit:
A keni menduar ndonjëherë pse uji ngrin saktësisht në 0°C dhe kthehet në gjendje avulli në 100°C? Fakti është se mbi bazën e këtyre vlerave, shkencëtari suedez Anders Celsius ndërtoi një shkallë të temperaturës "Celsius".
Vlerat 0 dhe 100 °C për ujin e ngrirjes dhe të vluar, përkatësisht, janë të vlefshme vetëm për presionin standard (1 atmosferë ose 10 Pascals). Me rritjen e presionit, rritet pika e vlimit të ujit dhe pika e shkrirjes së akullit. Për shembull, në një presion prej 6 atmosferash, uji do të fillojë të ziejë vetëm në 158 gradë Celsius.
Përveç gjendjeve të lëngëta, të gazta dhe të ngurta, uji mund të ekzistojë në faza të tjera: lëng i mbinxehur, avull i mbingopur dhe lëng i tepërt i ftohur.
Uji mund të jetë njëkohësisht në tre faza agregate me vlera të përcaktuara rreptësisht të presionit dhe temperaturës. Kjo gjendje quhet " Pika e trefishtë e ujit" dhe vërehet në 0.01 °C dhe 611.657 Pa.
Në kontakt me
- 19307 shikime
Uji nuk është vetëm një nga fenomenet më të nevojshme, por edhe më mahnitëse në planetin tonë.
Dihet se pothuajse të gjitha substancat me origjinë natyrore ose artificiale janë në gjendje të jenë në gjendje të ndryshme grumbullimi dhe t'i ndryshojnë ato në varësi të kushteve mjedisore. Dhe megjithëse shkencëtarët njohin më shumë se një duzinë gjendje fazore, disa prej të cilave mund të merren vetëm brenda laboratorit, në natyrë gjenden më shpesh vetëm tre gjendje të tilla: të lëngshme, të ngurta dhe të gazta. Uji mund të ekzistojë në të tre këto gjendje, duke ndryshuar nga njëra në tjetrën në kushte natyrore.
Uji, i cili është në gjendje të lëngshme, ka molekula të lidhura lirshëm që janë në lëvizje të vazhdueshme dhe përpiqen të grupohen në një strukturë, por nuk mund ta bëjnë këtë për shkak të nxehtësisë. Në këtë formë, uji mund të marrë absolutisht çdo formë, por nuk është në gjendje ta mbajë atë vetë. Kur nxehen, molekulat fillojnë të lëvizin shumë më shpejt, ato largohen nga njëra-tjetra, dhe kur uji gradualisht shndërrohet në gjendje të gaztë, domethënë shndërrohet në avull uji, lidhjet midis molekulave më në fund prishen. Kur uji ekspozohet ndaj temperaturave të ulëta, lëvizja e molekulave ngadalësohet shumë, lidhjet molekulare bëhen shumë të forta dhe molekulat, të cilat nuk pengohen më nga efektet e nxehtësisë, renditen në një strukturë kristalore. 
strukturë që ka një formë gjashtëkëndore. Të gjithë kemi parë gjashtëkëndësha të ngjashëm që bien në tokë në formën e fjollave të borës. Procesi i shndërrimit të ujit në akull quhet kristalizimi ose ngrirja. Në gjendje të ngurtë, uji mund të ruajë çdo formë që merr për një kohë të gjatë.
Procesi i kristalizimit të ujit fillon në një temperaturë prej 0 gradë në shkallën Celsius, e cila ka 100 njësi. Ky sistem matës përdoret në shumë vende evropiane dhe CIS. Në Amerikë, temperatura matet duke përdorur shkallën Fahrenheit, e cila ka 180 ndarje. Përgjatë tij, uji kalon nga lëngu në të ngurtë në 32 gradë.
Megjithatë, uji nuk ngrin gjithmonë në këto temperatura; uji shumë i pastër mund të ftohet në një temperaturë prej -40 °C dhe nuk do të ngrijë. Fakti është se në ujë shumë të pastër nuk ka papastërti që shërbejnë si bazë për ndërtimin e një strukture kristalore. Papastërtitë me të cilat lidhen molekulat mund të jenë grimcat e pluhurit, kripërat e tretura etj.
Një tipar i veçantë i ujit është fakti se ndërsa substancat e tjera tkurren kur ngrihen, ai, duke u shndërruar në akull, përkundrazi, zgjerohet. Kjo ndodh sepse kur uji ndryshon nga i lëngshëm në i ngurtë, distanca midis molekulave të tij rritet pak. Dhe meqenëse akulli ka një densitet më të ulët se uji, ai noton në sipërfaqen e tij.
Duke folur për ngrirjen e ujit, nuk mund të mos përmendet fakt interesant se uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë, sado paradoksale të tingëllojë. Ky fenomen ishte i njohur në kohën e Aristotelit, por as filozofi i famshëm dhe as pasuesit e tij nuk arritën ta zgjidhnin këtë mister dhe fenomeni u harrua për shumë vite. Njerëzit filluan të flasin përsëri për të vetëm në vitin 1963, kur një nxënës shkolle nga Tanzania, Erasto Mpemba, vuri re se gjatë përgatitjes së akullores, një delikatesë e bërë nga qumështi i nxehtë ngurtësohet më shpejt. Djali i tha mësuesit të tij të fizikës për këtë, por ai qeshi me të. Vetëm në vitin 1969, pasi u takua me profesorin e fizikës Dennis Osborne, i riu ishte në gjendje të gjente konfirmimin e supozimit të tij pas eksperimenteve të përbashkëta. Që atëherë, në lidhje me këtë fenomen janë hedhur shumë hipoteza, për shembull, se uji i nxehtë ngrin më shpejt për shkak të avullimit të tij të shpejtë, gjë që çon në uljen e vëllimit të ujit dhe, si rezultat, ngrirje më të shpejtë. Por asnjëri prej tyre nuk mund të shpjegonte natyrën e këtij fenomeni.
|
11.03.2015 21:11
|
Artikuj të ngjashëm
