آیا می دانید آب داغ زودتر از آب سرد یخ می زند. پدیده ی اثر ممبا

انتظار داریم آب سرد زودتر از آب داغ دچار انجمادشود ولی تجربه وتحقیق

 

 نشانداده عکس این واقعیت صحیح است و آب داغ زودتر از آب سرد منجمد میشود

 

 اینپدیده ، اثر ممبا نام دارد

 

قابل توجیه به نظر نمی رسد که آب 70درجه سانتی گرادسریع تر از آب 20درجه

 

دچار انجماد شود به طور مثال اگر آب 20 درجه به30 دقیقه وقت نیاز داشته باشد

 

تا به دمای انجماد برسد ، آب 70 درجه مدت زمان بیشترینیاز دارد چون در ابتدا

 

 بایدزمانی را صرف کند تا از 70 درجه به 20درجه برسد و سپس همان 30 دقیقه

 

 را پشتسر بگذارد تا منجمد شود ولی واقعیت این است که وقتی آب از 70

 

 درجهبه20درجه میرسد دچار تغییراتی می شود که پیامد این تغییرات می تواند

 

منجر به این شود که زمان انجماد  آن کوتاهتر شود

 

 به عبارتبهتر دلیل واحدی برای پدیده ممبا وجود ندارد و عوامل مختلفی در ایجاد

 

 اینپدیده موثر هستند این دلایل عبارتند از :

 

 

 

تبخیر :

 

وقتی آب داغ به تدریج سرد می شود بخشی از آب به شکلبخار خارج می شود و

 

 جرمآب کاهش می یابد . کاهش جرم آب سبب می شود آب باقی مانده با از

 

 دستدادن گرمای کمتری منجمد شود و فرآیند انجماد تسریع شود

 

اگرچه فرآیند تبخیر و کاهش جرم آب یکی از عوامل مهمدر ایجاد پدیده ممباست

 

 ولیتنها عامل نیست به طوریکه حتی با حذف تبخیر هم پدیده ممبا مشاهده

 

میشود به عبارت بهتر اگر آب داغ را در یک طزف دربستهریخته و مانع از تبخیر و

 

کاهش جرم شویم باز هم آب داغ سریع تراز  آب سرد منجمد میشود . پس علاوه

 

 بر تبخیرعوامل دیگری هم در این مورد تاثیر گذار هستند

 

 

 

خروج گازهای حل شده از آب :

 

می دانیم که انحلال پذیری گازها با افزایش دما کاهشمی یابد و نیز میدانیم که

 

 وجودذرات حل شونده در یک حلال موجب کاهش دمای انجماد میشود . بنابراین

 

 می توانپذیرفت آب سرد حاوی میزان بیشتری از گازهای محلول بوده پس دمای

 

 انجمادپائین تری دارد و فرایند انجماد آن کند تر اتفاق میافتد . ولی این هم باز به

 

 تنهائیبرای توجیه پدیده ممبا کفایت نمی کند زیرا اگر یک مقدار آب را به دقت

 

 جوشانیمتا گازهای محلول درآن کاملا خارج شود بعد آن را تا دمای

 

20درجه سرد کنیم و یک گاز جوشیده بدون گاز رادر شرایط دمائی 70درجه

 

نگهداریم باز هم آب 70درجه سانتی گراد زودتر منجمدمیشود 

 

تاثیر محیط :

 

آب داغ ممکن است محیط اطراف خود را دچار چنان تغییراتیکتد که پس از آن

 

 انجمادسریع تر اتفاق بیفتد مثلا وقتی ظرف حاوی آب داغ را برروی برفک یخچال

 

 قرارمیدهیم برفک یخچال ذوب میشود در این صورت آب گرم تماس بهتری با

 

 دستگاهسردکننده خواهد داشت ولی اگر چه این عامل هم میتواند تاثیرگذار

 

باشد ولی به تنهائی نمی تواند پدیده ممبا را توجیهکند چون حتی وقتی هردو

 

 ظرفبرروی یک سطح عایق قرار داده شوند بطوریکه ذوب برفک یخچال اتفاق

 

 نیفتدباز هم پدیده ممبا دیده میشود

 

 

 

ابر سرد شدن :

 

ابر سرد شدن نیز به عنوان یکی از دلایل ایجادپدیدهممبا مطرح شده است .

 

 منظوراز ابر سرد شدن این است که آب در دمائی پایین تر از صفر درجه منجمد

 

شود.دردمای صفر درجه مولکول های آ ب میخواهند به شکلبلور یخ ساختار

 

 منظمیبگیرند یعنی حرکات کاتوره ای خود را به عنوان یک مایع از دست

 

می دهند ولی گاهی اوقات ذرات آبی که تاحد صفر درجهسرد شده اند هیچ

 

به هم پیوستگی نمی بینند بنابراین آب تادمائی زیرصفر درجه بدون یخ زدن سرد

 

می شود آزمایشات نشان می دهد آبی که درآغاز گرمتربوده تنها تا 2 درجه ابر سرد

 

 می شوددر حالی که آبی که از آغاز سردتر بوده تا 8 درجه ابر سرد می گردد

 

بنابراین آب سرد دیرتر منجمد می شود .البته درستیفرایند ابر سرد شدن هنوز

 

 کاملاتائید نشده است ولی حتی در صورت تائید نمی تواند توجیه خوبی برای

 

 پدیدهممبا باشد چون به جای آنکه معما ، معمای دیگری قرار میدهد چرا باید

 

 آبیکهدرایتدا گرمتر بوده بیشتر از آبی که درآغاز سردتربوده ابر سرد شود ؟

 

البته یک پاسخ برای این سوال این است که چون آب سردحل شوند گازی

 

شکل بیشتری دارد دمای انجماد آن کمتر است . ولی چنانچهدر بخش گازهای

 

 حل شدهگفته شد حتی در صورت خروج کامل گازهای محلول باز هم پدیده

 

 ممبااتفاق می افتد

 

 

 

 

 

همرفت :

 

توجیه دیگری برای پدیده ممبا توجه به این واقعیت استکه دمای آب غیر یکنواخت

 

 میشودو همچنانکه آب سرد می شود گرادیان های دما و جریان های همرفت

 

افزایش می یابند . با افزایش دما چگالی آب کاهش مییابد بنابراین پس از گذشت

 

زمان ، همچنانکه آب سرد می شود برروی سطح آب یک سطحداغ فوقانی ایجاد

 

می شود یعنی دمای آب در سطح بیشتر از دمای متوسط آبدرکف ظرف خواهد

 

بود  . اگرآب دمای خود را اساسا از سطح از دست بدهد این به آن معنی است

 

که آب گرما را سریع تر از حالتی از دست می دهد کهبا در نظر گرفتن دمای

 

متوسطش از آن انتظار میرفت . به عبارت بهتر برای هردمائی هرچه توزیع دمائی

 

 آب غیریکنواخت تر باشد اتلاف گرما بیشتر است

 

در واقع آبی که داغ تر است به سرعت دچار کاهش دمامی شود و موجب ایجاد

 

 جریانهایهمرفتی می گردد .برقراری این جریان های همرفتی سبب می شود که

 

 دمایآب از بالا تا پائین به شدت دچار تغییر شود ولی آبی که دمای کمی دارد

 

 آهستهتر سرد می شود پس سرعت ایجاد جریان های همرفتی هم در آن

 

کمتر است و دیرتر دچار کاهش دما می شود

 

در یک مثال واقعی می توان فرض کرد آب گرم تر ، ازدمای 70 درجه و آب سردتر از

 

دمای 30 درجه آغاز کند . وقتی دمای متوسط آب 30درجهاست همه جای آن به

 

طور یکنواخت 30درجه دارد درحالیکه وقتی آب گرم بهدمای متوسط 30درجه

 

می رسد سطح آن دمایی بسیار بیشتر از 30درجه دارد بنابراینگرما را سریعتر از

 

آبی ازدست می دهد که در همان دمای متوسط قرار دارد

 

به نظر میرسد جریان های همرفتی میتواند به تنهائیپدیده ممبا را توجیه کند

 

 ولیاین مشروط به آن است که بتوانیم یک مدل نظری برای جریانهای همرفتی

 

داشته باشیم ولی چنین مدلی هنوز بدست نیامده است

 

 

 

چرا به این پدیده یعنی زودتر منجمد شدن آب داغ پدیدهممبا مبگویند ؟

 

حدود 30 سال پیش در یکی از دبیرستانهای شهر تانزانیا، دانش آموزی به نام ممبا

 

 درکلاسفیزیک از معلم خود پرسید : چرا شیر داغ زودتر از شیر سرد منجمد

 

میشود ؟

 

معلم وی پاسخ داد ولی شیر سرد زودتر منجمد میشود

 

ممبا در جواب ادعاکرد خود آزمایش کرده و مطمئن استکه شیر داغ زودتر

 

 منجمدمیشود

 

معلم پاسخ داد در فیزیکی که در تمام دنیا تدریس میشود شیر سرد زودتر

 

ازشیر داغ یخ می زند شاید در فیزیک جدیدی به نام ممباآنگونه باشد که تو

 

میگوئی

 

اگرچه این بحث باخنده کلاس به نفع معلم تمام شد ولیممبا هرگز نتوانست

 

 حادثهای را که خود آن را تجربه کرده بود فراموش کند

 

مدتی گذشت روزی یکی از استادان فیزیک دانشگاه تانزانیابه نام دکتر اسبورن

 

 برایسخنرانی به دبیرستان ممبا آمد . او پس از سخنرانی به دانش آموزان

 

اجازه داد که سوالهای خودرامطرح کنند ممبا هم فرصترا ازدست نداد وپرسید

 

چرا آب داغ زوتر از آب سرد منجمد میشود ؟

 

استاد اندکی تامل کرد و گفت من نمی دانم ولی تحقیقوآزمایش خواهم کرد وبه

 

 تو اطلاعخواهم داد واز همانجا تحقیقات در این زمینه آغاز شد

 

5 سال بعد در یکی از مجلات معتبر علمی  مقاله ای غیر معمول توسط ممبا

 

و دکتر اسبورن به چاپ رسید این مقاله  شرح درد دل های ممبا آغاز می شد و

 

 سپسبه تشریح آزمایشاتی می پرداخت که دکتر اسبورن برای اثبات

 

صحت این پدیده انجام  داده بود ...

 

و این چنین این پدیده در دنیای علم پدیده ممبا نامیدهشد.