Yüzyılın sorusuna cevap

tersinim · 22 Ağu 2014

Sıcak suyun soğuk suya göre daha çabuk donduğu bilinir.Bu olay bilinen fizik kurallarına aykırı gibidir.
İngiliz kraliyet akademisi bu soruya doğru cevap verene ödüllendireceğini duyurmuştu.

Tartışmaya buyurun.

Nacizane cevabımı aşağıda sunuyorum.

= = =

Sıcak suyun soğuk suya göre daha ÇABUK donma olayını ben şöyle açıklayabilirim.
Suyun diğer sıvılara göre farklı özellikleri vardır.

1)-Su donarken dışarıya ısı verir. Doğal bir ısıdenetir görevi yapar.
2)-Su donma noktasına yakın soğuduğunda genleşmeye başlar. Bu nedenle buzlanma suyun yüzeyinde oluşur.

3)-Su her sıcaklıkta buharlaşır. Buharlaşma suyun sıcaklığıyla doğru, ortam sıcaklığıyla ters orantılıdır.
4)-Su, ısı için iyi bir yalıtkandır. Geç ısınır, geç soğur.

5)-Soğuk moleküller aşağıya iner, sıcakları yukarı çıkar. Bu nedenle su kütlelerinde sıcaklık her yerde aynı değildir. Derinlere inildikçe azalır.
İçinde soğuk su (örneğin +15c) olan bir kapla içinde sıcak su (örneğin +60c) olan bir kap sıcaklığı sıfır derece olan bir yere konsa içinde sıcak su olan kap daha çok buharlaştığından diğerine göre daha çok ve çabuk soğur.

Su soğurken dışarıya ısı verdiğinde ortam bir miktar ısınır. Soğuk suyun donma hızı yavaşlar. Sıcak suyun soğuma hızı ise aynen devam eder.
Her iki kaptaki su donma noktasına (+4c) yaklaştığında soğuk su kabındaki soğuyan moleküller genleşerek yüzeye çıkar. VE YALITKAN BİR TABAKA OLUŞTURUR. ALTTA KALAN SUYUN DONMASINI ENGELLER.

Fakat sıcak su kabındaki moleküller de su birden soğuyamadığından az da olsa ısı kalmıştır.
Bu moleküller donma noktasına gelip donmaya başlayan moleküllerden daha hafiftir.

Donma noktasındaki moleküller genleştiği halde yüzeye çıkamaz.
Bu nedenle sıcak su kabındaki DONMA YÜZEYDE DEĞİL; AŞAĞIDA, DİPTE BAŞLAR. KORUYUCU BİR TABAKA OLMADIĞINDAN YÜZEYE DOĞRU YAYILIR, BÜTÜN KAP DONAR.

faust · 22 Ağu 2014

Mpemba Etkisi (Sıcak su soğuk sudan neden daha önce donar)

Adını, bir ortaokul öğrencisi olan Erasto Mpemba’ dan almıştır. Bu genç öğrencinin, 1963 yılında Magamba ortaokulundaki aşçılık derslerinde dondurma yapmayı öğrenirken karşılaştığı ilginç durumla farkedilmiştir. Her zaman anlatılan efsaneye göre; Mpemba, sütten yaptığı dondurmasını kaynar şekilde buzluğa koyarken arkadaşı daha düşük sıcaklıkta buzluğa koyar ve Mpemba’nın dondurmasının daha çabuk donduğunu farkederler. Bu durumu okuldaki fen hocasına söyleyen Mpemba karşılığında şu cevabı alır: “Fizikte böyle şey olmaz olsa olsa Mpemba Fiziğidir bu!”. Efsanede anlatıldığı gibi anlatmak daha akılda kalıcı olduğu için bahsetmeden geçemezdim. Ancak, Aristoteles ve Descartes gibi birçok bilim insanı da tarihte bu durumu raporlamışlardır.
Eastro Mpemba’nın sorusu, Darüsselam’ da College Üniversitesinde fizik dersi veren Dr Denis G. Osborne’ a soruldu ve Dr. Osborne bu konu ile ilgili bir çalışma yaptı. Yaptığı çalışmaları 1969 yılında yayınlayarak Mpemba Etkisi olarak isimlendirilen bu durumu doğruladı. Ancak bugüne kadar bu olayın sebebi ile ilgili net bir açıklama yapılamamıştır. Sebebinin ne olduğu ile ilgili birçok iddia vardır. Bu iddialar, Buharlaşma, Konveksiyon, Süpersoğutma, Don, Çözünen, Termal iletkenlik, Kovalent bağlar gibi başlıklar ile ifade edilmektedir.
Bu olayın açıklanması için 2012 Yılında Royal Society of Chemistry tarafından bir yarışma düzenlenmiştir. Araştırma gruplarındaki her araştırmacıya 1000 Euro ödül vaadedilmiştir. Bu yarışma için 22000 yanıt gelmiş ve 10 Haziran 2013′ te açıklanan sonuca göre Hırvatistan’dan Zagreb Üniversitesinde Fiziksel Kimya alanında araştırma görevlisi olan Nikola Bregovic Kazanmıştır. Nikola Bregovic’ te bu olayın temelinde konveksiyon olduğu sonucuna varmıştır.

Konveksiyon:
Taşınım (ayrıca konveksiyon) katı yüzey ile akışkan arasında gerçekleşen ısı transferinin bir çeşididir. Akışkan içindeki akımlar vasıtası ile ısı transfer edilir. Akışkan içindeki veya akışkanla sınır yüzey arasındaki sıcaklık farklarından ve bu farkın yoğunluk üzerinde oluşturduğu etkiden doğabilmektedir. Yoğunluk değişimlerinin diğer kaynakları, değişken tuzluluk oranı veya dış kaynaklı zorlayıcı kuvvet uygulanması gibi sebepler de olabilir.
Sıvı kısmen hareketsizse, üst kısım donukken alt kısımlardan yukarıya doğru ısı kaybı, yani donma giderek daha düşük bir hızla/oranla gerçekleşiyor…
Sıcak bir sıvı konduğunda ise, konveksiyon yüzünden sürekli hareket halinde olan bu sıvıda, üst kısımdaki donuk kısmın yerine aşağıdan sıcak bir sıvı hemen konveksiyon yoluyla geliyor… Ve tüm sıvının soğuması ve de sonunda donması, ısı taşınımı (heat transfer) daha etkili olduğundan çok daha çabuk gerçekleşiyor.

Kaynaklar:
1)