science >> Wetenschap >  >> Fysica

Het Mpemba-effect demonstreren in een gecontroleerde omgeving

Schema van het energielandschap en Boltzmann-verdeling voor het Mpemba-effect. Credit: Natuur (2020). DOI:10.1038/s41586-020-2560-x

Een paar natuurkundigen van de Simon Fraser University hebben een middel ontwikkeld om het Mpemba-effect in een gecontroleerde omgeving aan te tonen. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Natuur , Avinash Kumar en John Bechhoefer beschrijven de opstelling die ze gebruikten, wat het liet zien en andere mogelijke toepassingen ervoor.

In 1963, een jonge schooljongen in Tanzania genaamd Erasto Mpemba had het druk met het maken van ijs voor een groep mensen. Een deel van het proces omvatte het verwarmen van water om de apparatuur die hij gebruikte te desinfecteren. Op een bepaald moment, hij merkte iets op dat tegen het gezond verstand leek in te gaan:het hete water bevroor soms sneller dan het koude water. Hij maakte later een rapport van zijn bevindingen en werd gecrediteerd als de eerste die het effect herkende - het staat nu bekend als het 'Mpemba-effect'.

Sinds het rapport van Mpemba, wetenschappers hebben veel nauwkeuriger gekeken naar wat er gebeurt als water bevriest en hebben niet kunnen beslissen of het effect echt is - dit komt door de complexiteit van water, en ook vanwege de betrokken variabelen. Onderzoekers hebben opgemerkt dat zelfs het eindresultaat vatbaar kan zijn voor interpretatie, bijvoorbeeld moet het water beginnen te koken of volledig aan de kook komen? Of moet het gewoon het kookpunt bereiken? Dergelijke variabelen hebben invloed op de tijd die ermee gemoeid is; dus, het effect was moeilijk te reproduceren. In deze nieuwe poging de onderzoekers hebben een systeem ontwikkeld om het Mpemba-effect op een betrouwbare manier na te bootsen.

Het werk omvatte het bouwen van een colloïdaal systeem voor thermische quench (een soort koeling) in een beker gevuld met water, die als warmtebad diende. In praktijk, het omvatte het laten vallen van een kleine glazen kraal in de beker duizenden keren vanaf verschillende plekken met behulp van een kansverdeling. En terwijl elke kraal viel, de onderzoekers gebruikten een optisch pincet om een ​​virtueel potentieelprofiel te krijgen. Hierdoor gedwongen een verandering in de kansverdeling en een verandering in de temperatuur van het systeem.

De onderzoekers merken op dat, aangezien ze parameters op specifieke manieren veranderden, ze waren in staat om in sommige gevallen warm water sneller af te koelen dan koud water.

© 2020 Wetenschap X Netwerk