این پدیده از زمانیکه ارسطو برای نخستین بار متوجه آن شد،
یعنی ۲۰۰۰ سال پیش، ذهن فیزیکدانان را به خود مشغول کرده است.
پس از اینکه نظریه های فرانسیس بیکن و رنه دکارت پذیرفته شد،
این نظریه نیز در دهه ۱۹۶۰ توسط عده کثیری از فیزیکدانان پذیرفته شد؛
زیرا یک پسر بچه دبستانی در هنگام
درست کردن بستنی متوجه این موضوع شد.
این پسر بچه که اراستو امپمبا نام داشت
و همکلاسیهایش برای درست کردن بستنی شیر را میجوشاندند
و شکر را به آن اضافه میکردند
و پس از سرد شدن مایع آن را در فریزر قرار میدادند؛
اما یک روز امپمبا به امید کسب نتیجه بهتر،
شیوه متفاوتی را امتحان کرد
و بدون اینکه صبر کند شیر داغ سرد شود،
بلافاصله آن را در فریزر قرار داد.
این روش نتیجه شگفت انگیزی داشت
و امپمبا متوجه شد که
بستنی او زودتر از بستنی همکلاسیهایش آماده شده است.
او در سال ۱۹۶۹ با همکاری یک فیزیکدان مشهور،
مقاله ای در این مورد منتشر کرد.
وقتی آب داغ بتدریج سرد میشود
بخشی از آب به شکل بخار خارج میشود
و جرم آب کاهش می یابد .
کاهش جرم آب سبب میشود
آب باقی مانده با از دست دادن گرمای کمتری منجمد شود
و فرآیند انجماد تسریع شود اگرچه فرآیند تبخیر
و کاهش جرم آب یکی از عوامل مهم در ایجاد پدیده پممباست
ولی تنها عامل نیست بطوریکه
حتی با حذف تبخیر همپدیده مپمبا مشاهده میشود
به عبارت بهتر اگر آب داغ را در یک ظرف دربسته ریخته
و مانع از تبخیر و کاهش جرم شویم
باز هم آب داغ سریع تراز آب سرد منجمد میشود .
پس علاوه برتبخیر عوامل دیگری هم
در این مورد تاثیر گذار هستند.
همه میدانیم که
انحلال پذیری گازها با افزایش دما کاهش می یابد
و نیز میدانیم که وجود ذرات حل شونده
در یک حلال موجب کاهش دمای انجماد میشود .
بنابراین میتوان پذیرفت آب سرد حاوی میزان بیشتری
از گازهای محلول بوده پس دمای انجماد پائین تری دارد
و فرایند انجماد آن کند تر اتفاق میافتد .
ولی این هم باز به تنهائی برای
توجیه پدیده مپمبا کفایت نمیکند
زیرا اگر یک مقدار آب را به دقت جوشانیم
تا گازهای محلول درآن کاملا خارج شود
بعدآن را تا دمای 20درجه سرد کنیم
و یک گاز جوشیده بدون گاز را در شرایط دمائی 70درجه نگهداریم
باز هم آب 70درجه سانتی گراد زودتر منجمد میشود
آب داغ ممکن است محیط اطراف خود را دچار چنان تغییراتی کند
که پس از آن انجماد سریع تر اتفاق بیفتد
مثلا وقتی ظرف حاوی آب داغ
را برروی برفک یخچال قرار میدهیم
برفک یخچال ذوب میشود
در این صورت آب گرم تماس بهتری
با دستگاه سردکننده خواهد داشت
ولی اگر چه این عامل هم میتواند تاثیرگذارباشد
اما باز به تنهائی نمیتواند پدیده ممبا را توجیه کند
چون حتی وقتی هردو ظرف برروی یک سطح عایق قرار داده شوند
بطوریکه ذوب برفک یخچال اتفاق نیفتد
باز هم پدیده ممبا دیده میشود
سرد شدن ابر نیز به عنوان یکی از دلایل
ایجادپدیده ممبا مطرح شده است .
منظور از ابر سرد سدن این است که
آب در دمائی پایین تراز صفر درجه منجمدشود.
دردمای صفر درجه مولکولهای آ ب میخواهند
به شکل بلور یخ ساختار منظمی بگیرند
یعنی حرکات کاتوره ای خود را به عنوان یک مایع از دست میدهند
ولی گاهی اوقات ذرات آبی که تاحد صفر درجه سرد شده اند
هیچ بهم پیوستگی نمی بینند
بنابراین آب تادمائی زیر صفر درجه
بدون یخ زدن سرد میشودآزمایشات نشان میدهد
آبی که درآغاز گرمتر بوده تنها تا 2 درجه ابر سرد میشود
در حالی که آبی که از آغاز سردتر بوده تا 8 درجه ابر سرد میگردد
بنابراین آب سرد دیرتر منجمد میشود .
البته درستی فرایند ابر سرد شدن هنوز کاملا تائید نشده است
ولی حتی در صورت تائید نمیتواند
توجیه خوبی برای پدیده ممبا باشد
چون به جای آنکه معما ، معمای دیگری قرار میدهد
چرا باید آبی که درابتدا گرمتر بوده
بیشتر از آبی که درآغاز سردتربوده ابر سرد شود ؟
البته یک پاسخ برای این سوال این است که
چون آب سرد حل شوند گازی شکل بیشتری دارد
دمای انجماد آن کمتر است .
ولی چنانچه در بخش گازهای حل شده گفته شد
حتی در صورت خروج کامل
گازهای محلول باز هم پدیده ممبا اتفاق میافتد
دلیل دیگر برای توجیه پدیده ممبا
توجه به این واقیت است که
دمای آب غیر یکنواخت میشود و همچنانکه آب سرد میشود
گرادیان های دما و جریانهای همرفت افزایشمی یابند .
با افزایش دما چگالی آب کاهش مییابد
بنابراین پس از گذشت زمان ،
همانطورکه آب سرد میشود
برروی سطح آب یک سطح داغ فوقانی ایجاد میشود
یعنی دمای آب در سطح بیشتر از
دمای متوسط آب درکف ظرف خواهد بود .
اگر آب دمای خود را اساسا از
سطح از دست بدهد این به آن معنی است که
آب گرمارا سریع تر از حالتی از دست میدهد
که با در نظر گرفتن دمای متوسطش ازآن انتظار میرفت .
به عبارت دیگر برای هر دمائی
هرچه توزیع دمائی آب غیر یکنواخت تر باشد
اتلاف گرما بیشتر است
در واقع آبی که داغتر است به سرعت دچار کاهش دما میشود
و سبب ایجاد جریانهای همرفتی میگردد .
برقراری این جریانهای همرفتی سبب میشود
که دمای آب از بالا تاپائین بشدت دچار تغییر شود
اما آبی که دمای کمی دارد آهسته تر سرد میشود
بنابراین سرعت ایجاد جریانهای همرفتی هم در آن کمتر است
ودیرتر دچار کاهش دما میشود
در یک مثال واقعی میتوان فرض کرد آب گرم تر ،
از دمای 70 درجه وآب سردتر از دمای 30 درجه آغاز کند .
وقتی دمای متوسط آب 30درجه است
همه جای آن به طور یکنواخت 30درجه دارد
درحالیکه وقتی آب گرم به دمای متوسط 30درجه میرسد
سطح آن دمایی بسیار بیشتر از 30درجه دارد
پس میتوان نتیجه گرفت که
گرما را سریعتر از آبی ازدست میدهد
که در همان دمای متوسط قرار دارد
به نظر میرسد
جریانهای همرفتی میتواند به تنهائی پدیده ممبا را توجیه کند
ولی این مشروط به آن است که بتوانیم یک مدل نظری
برای جریانهای همرفتی داشته باشیم
ولی چنین مدلی هنوز بدست نیامده است.
به عبارت بهتر بگوییم که دلیل واحدی برای پدیده امپمبا وجود ندارد
و عوامل مختلفی در ایجاد این پدیده موثر هستند که در بالا به انها اشاره شد
این دلایل عبارتند از :
تبخیر -کازهای حل شده درآب-اثرسطح آب-اثر بر محیط اطراف-.....
البته دکتر چانگکینگ و دکتر زانگ
از دانشگاه نانیانگ سنگاپور میگویند:
که برهمکنش بین پیوندهای هیدروژنی و پیوندهای قویتری که
اتم های اکسیژن و هیدروژن را در یک مولکول در کنار هم نگه میدارد
و به عنوان پیوند کووالانسی شناخته میشود، سبب این اثر میشود.
در حالت طبیعی وقتی مایعی گرم میشود،
پیوندهای کووالانسی بین اتم ها کشیده میشوند و انرژی ذخیره میکنند.
به ادعای این محققان، پیوندهای هیدروژنی اثری غیرعادی در آب تولید میکنند
که منجر به این می شود که وقتی که آب گرم شود،
پیوندهای کووالانسی کوتاه تر شوند و انرژی ذخیره کنند.
این مسئله باعث میشود که انرژی آزاد شده این پیوندها،
در قیاس با انرژی اولیه حالت یخ زده در فریزر،
شاهد افزایشی به صورت نمایی باشد.
آب گرم انرژی بیشتری را سریع تر از آب سرد از دست میدهد.
همچنین دکتر چانگکینگ می گوید:
گرم کردن، انرژی را بوسیله کوتاه کردن
و محکم کردن پیوند کووالانسی ذخیره میکند.
پیوند هیدروژن و اکسیژن که در یک فریزر سرد شده باشد
انرژی اش را با سرعتی که به طور نمایی به
انرژی ذخیره شده اولیه بستگی دارد،
رها میکند و بنابراین اثر یا پدیده امپمبا اتفاق میافتد.
عضو شوید
عضویت سریع
آمار
وب سایت:
آمار مطالب
آمار بازدید
