Sıcak suyun soğuk sudan daha hızlı donmasının sebebi için yeni çalışma

Sıcak suyun soğuk sudan daha hızlı donmasının sebebi için yeni çalışma

Suyunuzu daha hızlı dondurmak istiyorsanız, onu önce ısıtın. Bu tavsiye Mpemba etkisi olarak bilinen garip bir fizik fenomeni sayesinde gündemimize giriyor; bu konuda fizikçiler hâlâ kafalarını kaşımaya devam ediyorlar.

Eğer var ise – herkes bu konuda ikna olmuş değil – gözlem henüz tatmin edici bir açıklama ve kanıt kazanmadı. Ancak yeni bir çalışmaya göre bu durum değişecek, yalnızca bu etkinin bu güne kadar keşfedilememiş olmasının sebebi için değil, aynı zamanda bu garip fenomen için de açıklama getiriliyor.

Son çalışmalarında, İspanya’dan küçük bir araştırma grubu sorunu basitleştirmek için akışkanları teorik olarak elastik olmayan granüllerin bir topluluğu olarak tarif etti.

Karışık akışkan dinamiklerini blok benzeri bir yapıya indirgemek sistemin başlangıç koşullarına ince ayar yapma fırsatı kazandırıyor, böylece küçük parçacıkların oynaması ve kenarlara çarpmasının bir soğuma olayı olduğunu ve neticede donmanın gerçekleştiği anlaşılıyor.

Mpemba etkisinin gözlenmesi uzun bir tarihçeye sahip. Aristo Pontus Yunanlarının bu etkiyi gözlediklerini anlatıyor, İngiliz Francis Bacon ve ünlü Fransız filozof Rene Descartes de konu hakkında ufak tefek şeyler söylemiş.

1960’ların Tanzanya’sında yaşayan ve sabırsız bir okul öğrencisi olan Erasto Mpemba gözlenen bu etkiye adını vermiş ve araştırmacılar arasında bir dürtüyü başlatmış; yaptığı gözleme göre sıcak dondurması, daha önce dondurulmuş olan dondurmalardan daha hızlı donuyor.

Merakı konu hakkında bir çalışmaya ilham kaynağı olmuş ve henüz dinmiş gözükmeyen onlarca yıllık tartışmayı alevlendirmiş.

Konunun bir kısmı, bu etkinin son derece kaçak olmasından kaynaklanıyor. Bu konu hakkında yazılanlar arağmen, etki henüz kendini göstermiş değil.

Mantığın son derece dışında olması da bir sorun – neden soğuyan bir maddenin önceki sıcaklık geçmişi gelecekteki sıcaklık  değişiminde bir fark yaratsın ki?

Ancak bu durum bile birkaç öneride bulunan insanların ortaya çıkmasını engellememiş gözüküyor.

En çok spekülasyon, sıcak parçacıkların soğuk parçacıklara göre daha hızlı hareket etmesi etrafında dolaşıyor, böylelikle bir şekilde buharlaşma hızlarına etkide bulunuyor veya çabucak enerjiyi alıp giden konveksiyon akımlarını yükseltiyor.

Bu yılın başında, araştırmacılar suyun hidrojen bağlarının özelliklerinin bu etkiye neden olduğunu öne sürdü. Su moleküllerinden oluşan kümeler kullanarak suyun ilk sıcaklığı ile hangi moleküllerin buz kristali oluşturma kolaylığı arasında bir bağlantı olduğunu ortaya çıkardılar.

Soğuk suda bu bağ kırma enerjisi bulunmuyor, yani bu moleküller katı bir yapı oluşturmak üzere daha yavaş bir şekilde bir araya geliyor.

Ancak bu yeni çalışma ile bir adım daha atılıyor ve Mpemba etkisinin yalnızca su değil, pratikte herhangi bir akışkanın sıcaklık tarihçesinin bir özelliğği olabileceği ortaya konuyor.

Phys.org‘a konuşan, Extremadura Üniversitesi (İspanya) çalışanı Andrés Santos, şöyle diyor: “Çalışmamız Mpemba etkisinin akışkanın ilk hazırlanma şekline, başka bir deyişle önceki durumuna karşı çok hassas olduğunu gösteriyor”.

Araştırma söz konusu etkinin oluşturulması veya kırılması için gerekli tam etkilerin neler olduğundan bahsetmiyor olsa da, soğumadan önce parçacıkların hareketine bir şey etkide bulunursa akışkanın sıcaklığındaki değişim hızının belirgin ölçüde etkilendiğini gösteriyor.

Santos, şöyle diyor: “Elde ettiğimiz sonuçlara göre Mpemba etkisi genel ve dengeye bağlı olmayan bir durumdur ve sistemin ilk halini karakterize eden diğer fiziksel miktarlara bağladır”.

Başka bir deyişle, başlangıç sıcaklığındaki küçük bir artış teorik olarak bir akışkanın daha hızlı soğumasına neden olacak, sıcaklık dağılımının istatistik değerlendirmesine bağlı olarak bir sıcaklık düşmesine yol açabilir.

Model bu etkiye katkıda bulunan diğer yaklaşımları devre dışı bırakmıyor, çoklu etkiyi ortaya atan bir şey olursa onu da devreye alıyor.

Ayrıca değişkenler ne olursa olsun eşleştirmenin pratik olarak basit olacağına ilişkin bir garanti yok, bu sebeple etkinin yeniden oluşturulması da çok zor.

Şaşırtıcı bir şekilde, bu unsuru tersine düşünmek de mümkün – eşdeğer biçimde garip olan ters-Mpemba etkisinde daha soğuk akışkanların daha hızlı bir biçimde ısınması söz konusu oluyor.

Belli şartlar altında, buzlu suyun oda sıcaklığındaki suya karşı daha hızlı kaynama noktasına erişmesi mümkün olabilir mi?

Araştırmacılar, ileride yapacakları çalışmaların bir kısmında bu tahmini inceleyeceklerini söylüyorlar. Ama ellerini çabuk tutmaları lazım.

Çalışma Physical Review Letters isimli prestijli dergide yayınlandı.

 

Kaynak: sciencealert.com

Kategoriler

1 yorum

Yorum yap

+ Leave a Comment