कौन सा पानी तेजी से जमता है, गर्म या ठंडा, कई कारकों से प्रभावित होता है, लेकिन सवाल खुद थोड़ा अजीब लगता है। यह निहित है, और यह भौतिकी से जाना जाता है, कि गर्म पानी को अभी भी बर्फ में बदलने के लिए तुलनीय ठंडे पानी के तापमान को ठंडा करने के लिए समय चाहिए। ठंडे पानी से इस अवस्था को छोड़ा जा सकता है, और, तदनुसार, यह समय के साथ जीत जाता है।
लेकिन इस सवाल का जवाब कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म - ठंढ में सड़क पर, उत्तरी अक्षांश का कोई भी निवासी जानता है। वास्तव में, वैज्ञानिक रूप से, यह पता चला है कि किसी भी मामले में, ठंडे पानी को बस तेजी से जमना पड़ता है।
तो क्या भौतिकी के शिक्षक ने, जिनसे 1963 में स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा द्वारा संपर्क किया गया था, यह समझाने के अनुरोध के साथ कि भविष्य की आइसक्रीम का ठंडा मिश्रण उसी से अधिक समय तक क्यों जमता है, लेकिन गर्म।
यह विश्व भौतिकी नहीं है, बल्कि किसी प्रकार की Mpemba भौतिकी है
उस समय, शिक्षक केवल इस पर हंसते थे, लेकिन भौतिकी के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न, जो एक समय में उसी स्कूल में जाते थे जहां एरास्टो ने अध्ययन किया था, प्रयोगात्मक रूप से इस तरह के प्रभाव के अस्तित्व की पुष्टि की, हालांकि वहां था फिर इसके लिए कोई स्पष्टीकरण नहीं। 1969 में एक लोकप्रिय वैज्ञानिक पत्रिका ने इस अजीबोगरीब प्रभाव का वर्णन करने वाले दो व्यक्तियों का एक संयुक्त लेख प्रकाशित किया।
तब से, जिस प्रश्न का पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा, उसका अपना नाम है - प्रभाव, या विरोधाभास, Mpemba।
प्रश्न बहुत पहले उठा
स्वाभाविक रूप से, ऐसी घटना पहले भी हुई है, और इसका उल्लेख अन्य वैज्ञानिकों के कार्यों में भी किया गया था। इस प्रश्न में न केवल एक स्कूली छात्र की दिलचस्पी थी, बल्कि एक समय में फ्रांसिस बेकन, रेने डेसकार्टेस और यहां तक कि अरस्तू ने भी इसके बारे में सोचा था।
बस यही दृष्टिकोण इस विरोधाभास को हल करने के लिए बीसवीं सदी के अंत में ही दिखना शुरू हुआ।
विरोधाभास होने की शर्तें
आइसक्रीम की तरह, यह केवल साधारण पानी नहीं है जो प्रयोग के दौरान जम जाता है। यह बहस शुरू करने के लिए कुछ शर्तें मौजूद होनी चाहिए कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म। इस प्रक्रिया को क्या प्रभावित करता है?
अब, 21वीं सदी में, कई विकल्प सामने रखे गए हैं जो समझा सकते हैंयह विरोधाभास। कौन सा पानी तेजी से जमता है, गर्म या ठंडा, यह इस बात पर निर्भर हो सकता है कि गर्म पानी की वाष्पीकरण दर ठंडे पानी की तुलना में अधिक होती है। इस प्रकार, इसकी मात्रा कम हो जाती है, और मात्रा में कमी के साथ, यदि आप ठंडे पानी की समान प्रारंभिक मात्रा लेते हैं, तो ठंड का समय कम हो जाता है।
फ़्रीज़र को लंबे समय से डीफ़्रॉस्ट किया गया है
कौन सा पानी तेजी से जमता है, और ऐसा क्यों होता है, यह बर्फ की परत से प्रभावित हो सकता है जो प्रयोग के लिए इस्तेमाल किए गए रेफ्रिजरेटर के फ्रीजर में हो सकता है। यदि आप दो कंटेनर लेते हैं जो मात्रा में समान हैं, लेकिन उनमें से एक में गर्म पानी और दूसरा ठंडा पानी होगा, तो गर्म पानी वाला कंटेनर उसके नीचे की बर्फ को पिघला देगा, जिससे रेफ्रिजरेटर की दीवार के साथ थर्मल स्तर के संपर्क में सुधार होगा। एक ठंडे पानी का कंटेनर ऐसा नहीं कर सकता। यदि रेफ्रिजरेटर के डिब्बे में बर्फ के साथ ऐसा कोई अस्तर नहीं है, तो ठंडा पानी तेजी से जमना चाहिए।
ऊपर - नीचे
साथ ही जिस परिघटना से पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा, उसे इस प्रकार समझाया गया है। कुछ नियमों का पालन करते हुए, ऊपरी परतों से ठंडा पानी जमने लगता है, जब गर्म पानी इसे दूसरी तरफ से करता है - यह नीचे से ऊपर तक जमने लगता है। यह पता चला है कि ठंडा पानी, कुछ स्थानों पर पहले से ही बर्फ के साथ एक ठंडी परत के साथ, इस प्रकार संवहन और थर्मल विकिरण की प्रक्रियाओं को बाधित करता है, जिससे यह समझा जाता है कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म। शौकिया से तस्वीरेंप्रयोग संलग्न हैं, और यह यहाँ स्पष्ट रूप से दिखाई दे रहा है।
ऊष्मा बाहर निकलती है, ऊपर की ओर झुकती है, और वहाँ यह बहुत ठंडी परत से मिलती है। गर्मी विकिरण के लिए कोई मुक्त मार्ग नहीं है, इसलिए शीतलन प्रक्रिया कठिन हो जाती है। गर्म पानी के रास्ते में ऐसी कोई बाधा नहीं है। जो तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म, जिस पर संभावित परिणाम निर्भर करता है, आप यह कहकर उत्तर का विस्तार कर सकते हैं कि किसी भी पानी में कुछ पदार्थ घुले होते हैं।
परिणाम को प्रभावित करने वाले कारक के रूप में पानी की संरचना में अशुद्धता
यदि आप धोखा नहीं देते हैं और उसी संरचना वाले पानी का उपयोग करते हैं, जहां कुछ पदार्थों की सांद्रता समान होती है, तो ठंडे पानी को तेजी से जमना चाहिए। लेकिन अगर ऐसी स्थिति हो जब घुले हुए रासायनिक तत्व केवल गर्म पानी में मौजूद हों, जबकि ठंडा पानी उनके पास न हो, तो गर्म पानी को पहले जमने का अवसर मिलता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि पानी में घुलने वाले पदार्थ क्रिस्टलीकरण केंद्र बनाते हैं, और इन केंद्रों की एक छोटी संख्या के साथ, पानी को ठोस अवस्था में बदलना मुश्किल है। पानी का सुपरकूलिंग भी संभव है, इस अर्थ में कि शून्य से नीचे के तापमान पर यह तरल अवस्था में होगा।
लेकिन ये सभी संस्करण, जाहिरा तौर पर, वैज्ञानिकों को पूरी तरह से सूट नहीं करते थे और उन्होंने इस मुद्दे पर काम करना जारी रखा। 2013 में, सिंगापुर में शोधकर्ताओं की एक टीम ने कहा कि उन्होंने सदियों पुराने रहस्य को सुलझा लिया है।
चीनी वैज्ञानिकों के एक समूह का दावा है कि इस प्रभाव का रहस्य पानी के अणुओं के बीच उसके बंधनों में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा में है, जिसे हाइड्रोजन बांड कहा जाता है।
चीनी वैज्ञानिकों से मिले सुराग
निम्नलिखित जानकारी का पालन करेंगे, जिसे समझने के लिए आपको रसायन विज्ञान में कुछ ज्ञान होना चाहिए ताकि यह पता लगाया जा सके कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा। जैसा कि आप जानते हैं, पानी के अणु में दो H (हाइड्रोजन) परमाणु और एक O (ऑक्सीजन) परमाणु होता है, जो सहसंयोजक बंधों द्वारा एक साथ बंधे होते हैं।
लेकिन एक अणु के हाइड्रोजन परमाणु भी पड़ोसी अणुओं की ओर, उनके ऑक्सीजन घटक की ओर आकर्षित होते हैं। इन्हीं बंधों को हाइड्रोजन आबंध कहते हैं।
यह याद रखने योग्य है कि साथ ही पानी के अणु एक-दूसरे पर प्रतिकारक रूप से कार्य करते हैं। वैज्ञानिकों ने नोट किया कि जब पानी को गर्म किया जाता है, तो उसके अणुओं के बीच की दूरी बढ़ जाती है, और यह प्रतिकारक शक्तियों द्वारा सुगम होता है। यह पता चला है कि ठंडे अवस्था में अणुओं के बीच एक दूरी पर रहने वाले हाइड्रोजन बांडों को फैला हुआ कहा जा सकता है, और उनके पास ऊर्जा की अधिक आपूर्ति होती है। यह ऊर्जा आरक्षित है जो तब मुक्त होती है जब पानी के अणु एक दूसरे के पास आने लगते हैं, अर्थात शीतलन होता है। यह पता चला है कि गर्म पानी में ऊर्जा की एक बड़ी आपूर्ति, और उप-शून्य तापमान पर ठंडा होने पर इसकी अधिक रिहाई, ठंडे पानी की तुलना में तेजी से होती है, जिसमें ऐसी आपूर्ति होती है।कम ऊर्जा। तो कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म? Mpemba विरोधाभास बाहर और प्रयोगशाला में होना चाहिए, और गर्म पानी तेजी से बर्फ में बदल जाना चाहिए।
पर अभी भी खुला है
इस सुराग की केवल सैद्धांतिक पुष्टि है - यह सब सुंदर सूत्रों में लिखा गया है और प्रशंसनीय लगता है। लेकिन जब प्रायोगिक डेटा, जो पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा, को व्यावहारिक अर्थों में रखा जाएगा, और उनके परिणाम प्रस्तुत किए जाएंगे, तो मेम्पेबा विरोधाभास बंद होने के प्रश्न पर विचार करना संभव होगा।
