Вода – одна из самых удивительных жидкостей на свете, которой присущи необычные свойства. Например, лед – твердое состояние жидкости, имеет удельный вес ниже, чем сама вода, что сделало во многом возможным возникновение и развитие жизни на Земле. Кроме того, в околонаучном, да и научном мире ведутся дискуссии по поводу, какая вода быстрее замерзает – горячая или холодная. Тот, кто докажет более быстрое замерзание горячей жидкости в определенных условиях и научно обоснует свое решение, получит от Британского королевского общества химиков награду в 1000 фунтов стерлингов.

Почему горячая вода замерзает быстрее, чем холодные физики Решают эффект Мембы

Аристотель впервые заметил, что горячая вода замерзает быстрее, чем холодная, но химики всегда пытались объяснить парадокс. Вода может быть одним из самых распространенных соединений на Земле, но она также является одной из самых загадочных. Например, как и большинство жидкостей, он становится более плотным, когда он охлаждается.

В твердой форме он менее плотный, поэтому стандартный лед плавает на воде. Это одна из причин, по которой жизнь на Земле процветала - если бы лед был более плотным, чем вода, озера и океаны замерзали бы снизу вверх, почти наверняка предотвращая химию, которая делает жизнь возможной.


История вопроса

О том, что при выполнении ряда условий горячая вода по скорости замерзания опережает холодную, было замечено еще в Средневековье. Объяснению этого феномена затратили немало усилий Френсис Бэкон (Francis Bacon) и Рене Декарт (René Descartes). Однако, с точки зрения классической теплотехники, этот парадокс объяснить невозможно, и о нем старались стыдливо замалчивать. Толчком к продолжению споров послужила несколько курьезная история, случившаяся с танзанийским школьником Эрасто Мпембе (Erasto Mpemba) в 1963 году. Однажды во время урока по приготовлению десертов в школе поваров, мальчик, отвлекшись на посторонние дела, не успел охладить смесь для мороженого вовремя и сунул в морозильную камеру раствор сахара в молоке горячим. На его удивление, продукт охладился несколько быстрее, чем у его соучеников, соблюдающих температурный режим приготовления мороженого.

Эффект был измерен во многих случаях со многими объяснениями, выдвинутыми. Одна из идей заключается в том, что теплые контейнеры обеспечивают лучший тепловой контакт с холодильником и таким образом проводят тепло более эффективно. Другим является то, что теплая вода быстро испаряется, и поскольку это эндотермический процесс, он охлаждает воду, заставляя ее замораживаться быстрее. Ни одно из этих объяснений не является полностью убедительным, поэтому истинное объяснение все еще остается для захватов.

Эти парни говорят, что парадокс Мпембы является результатом уникальных свойств различных связей, удерживающих воду вместе. Что странно о связях в воде? Одна молекула воды состоит из относительно большого атома кислорода, соединенного с двумя меньшими атомами водорода стандартными ковалентными связями.

Пытаясь уяснить сущность явления, мальчик обратился к учителю физики, который, не вдаваясь в подробности, высмеял его кулинарные опыты. Однако Эрасто отличался завидным упорством и продолжил свои эксперименты уже не на молоке, а на воде. Он убедился, что в ряде случаев замерзание горячей воды происходит быстрее, чем холодной.

Поступив в университет в Дар-эс-Саламе (University of Dar es Salaam), Эрасто Мпембе посетил лекцию профессора Дениса Г. Осборна (Dennis G. Osborne). После её окончания студент озадачил ученого проблемой о скорости замерзания воды в зависимости от ее температуры. Д.Г. Осборн высмеял саму постановку вопроса, заявив с апломбом, что любому двоечнику известно, что холодная вода замерзнет быстрее. Однако природное упорство юноши дало о себе знать. Он заключил с профессором пари, предложив здесь же, в лаборатории, провести экспериментальную проверку. Эрасто поместил в морозилку два контейнера с водой, температура которой в одном была равной 95°F (35°C), а во втором – 212°F (100°C). Каково же было удивление профессора и окружающих «болельщиков», когда вода во втором контейнере замерзла быстрее. С тех пор это явление получило название «Парадокса Мпембы».

Но молекулы воды соединяются вместе, и водородные связи также начинают играть важную роль. Это происходит, когда водород в одной молекуле приближается к кислороду в другом и соединяется с ним. Химики давно знают, что они важны. Например, точка кипения воды намного выше, чем у других жидкостей подобных молекул, потому что водородные связи удерживают ее вместе.

Но в последние годы химики все больше осознают более тонкие роли, которые могут играть водородные связи. Например, молекулы воды внутри узких капилляров образуют цепи, удерживаемые водородными связями. Это играет важную роль в деревьях и растениях, где испарение воды через листовую мембрану эффективно вытягивает цепочку молекул воды из корней.

Однако до настоящего времени нет стройной теоретической гипотезы, объясняющей «Парадокс Мпембы». Не ясно, какие внешние факторы, химический состав воды, наличие в ней растворенных газов и минеральных веществ оказывают влияние на скорость замерзания жидкостей, находящихся при разных температурах. Парадоксальность «Эффекта Мпембы» в том, что он противоречит одному из законов, открытых еще И. Ньютоном, который гласит, что время остывания воды прямо пропорционально разности температур жидкости и окружающей среды. И если все остальные жидкости полностью подчиняются этому закону, то вода в ряде случаев является исключением.

Но по мере того, как жидкость нагревается, она заставляет водородные связи растягиваться и молекулы воды расходятся друг от друга. Это позволяет ковалентным молекулам снова сжиматься и отказываться от своей энергии. Важным моментом является то, что этот процесс, при котором ковалентные связи дают энергию, эквивалентен охлаждению.

Фактически, эффект является дополнительным для обычного процесса охлаждения. Говорят, поэтому теплая вода должна остывать быстрее холодной воды. И это именно то, что наблюдается в эффекте Мембы. Это интересное понимание сложных и загадочных свойств воды, которые по-прежнему дают химикам бессонные ночи.

Почему горячая вода быстрее замерзае т

Существует несколько версий, почему горячая вода замерзает быстрее холодной. Основными из них считаются:

  • горячая вода быстрее испаряется, при этом уменьшается ее объем, а меньший объем жидкости остывает быстрее – при охлаждении воды от + 100°С до 0°С объемные потери при атмосферном давлении достигают 15%;
  • интенсивность теплообмена между жидкостью и окружающей средой тем выше, чем больше разница температур, поэтому тепловые потери кипятка проходят быстрее;
  • при остывании горячей воды на ее поверхности образуется корочка льда, препятствующая полному промерзанию жидкости и ее испарению;
  • при высокой температуре воды происходит ее конвекционное перемешивание, сокращающее время замерзания;
  • растворенные в воде газы понижают точку замерзания, отбирая энергию на кристаллообразование, – в горячей воде растворенные газы отсутствуют.

Все эти условия неоднократно подвергались экспериментальной проверке. В частности, германский ученый Давид Ауэрбах (David Auerbach) обнаружил, что температура кристаллизации горячей воды несколько выше, чем у холодной, что делает возможным более быстрое замерзание первой. Однако позднее его опыты были подвергнуты критике и многие ученые убеждены, что «Эффект Мпембы» о том, какая вода быстрее замерзает – горячая или холодная, можно воспроизвести только в определенных условиях, поисками и конкретизацией которых до настоящего времени никто не занимался.

Это потому, что новая теория не обладает прогностической силой - по крайней мере, в этой статье. Например, укороченные ковалентные связи могут привести к некоторому измеримому свойству воды, которое иначе не было бы. Открытие и измерение этого свойства было бы переворотом, который требует их теория. Поэтому, хотя эти ребята могут решить загадку эффекта Мембы, им, вероятно, придется немного усердствовать, чтобы убедить всех. Тем не менее, интересный материал!

Это охлаждает вас, как только вы рискуете на холод? Держите себя в тепле с нашими советами. Ветер зачищает последние осенние листья от ветвей, снежинки вихрят по воздуху, на тротуарах вспыхивают сломанные ледяные поверхности. Вид из окна показывает: холодно. Для некоторых людей этого зрелища достаточно, чтобы заставить их дрожать. Другие бросают вызов любой погоде и, вероятно, довольно холодны.

Зиму любят не все и это понятно. Холод, снег, сильный пронизывающий ветер, скользкий лёд под ногами, лишний раз не хочется выходить из дома. Но у зимы есть и свои плюсы – сколько развлечений и весёлых забав можно найти на катке, лыжне и горках, которые по душе детям и взрослым. А как приятно прогуляться по сказочному зимнему лесу, особенно в солнечный денёк!

Если вы принадлежите к замороженным людям, вот несколько советов для вас. Ждите автобуса в ледяной температуре, затем не стоите там неподвижно. Это стимулирует кровообращение и согревает. Например, будьте вверх и вниз ногами или двигайтесь с одного конца на другой - независимо от того, что думают другие. «Если у вас холодные руки, вы можете держать их подмышками и разминать их», - говорит доктор Вальтер Трейбель, спортивный врач и специалист по горной медицине из Мюнхена. Альтернативно, качайте руки, например, в больших кругах.

Нагрейте теплыми напитками

Удостоверьтесь, что никто не слишком близко к вам. Если вы пререкаетесь в офисе, тогда вы не должны сидеть на месте весь день. Вместо этого, поднимайтесь по лестнице чаще и в полдень выходите на свежий воздух. После этого снова тепло. Кроме того, вы можете нагреть, если вы пьете его пряными специями - если вам это нравится и терпимо. содержит, среди прочего, острые вещества, которые могут активировать рецепторы тепла на коже и слизистых оболочках. Вы также можете приправить свою еду имбирем, или вы можете использовать щепотку.

В любом случае, любим мы зиму или нет, нам её не избежать, поэтому необходимо правильно подготовиться к холодам. Мы хотим предложить несколько советов, о том как не замёрзнуть зимой, которые помогут легче пережить холодную зиму.

На что обращать внимание во время сильных морозов

В морозные дни не стоит голодать или сидеть на различных диетах, поскольку часть энергии, поступающей с пищей, трансформируется в тепло, не давая нам мёрзнуть. Как известно, продукты обладают разным термальным эффектом. Самыми высокими согревающими свойствами обладают белковые блюда: мясные, рыбные, молочные и сложные углеводы – крупы и хлеб. Очень теплоёмким напитком является чай с молоком.

Через огненные травы вы чувствуете, по крайней мере, короткое ощущение тепла. Алкоголь только согревает якобы: «Его часто рекламируют как донора тепла, но он очень опасен на открытом воздухе», предупреждает Трейбель. Алкоголь изначально создает ощущение потепления. Но он расширяет кровеносные сосуды и тем самым лишает тело тепла.

Используйте принцип лука: нанесите несколько тонких слоев друг на друга. Это часто изолирует лучше, чем несколько толстых слоев. Одежда не должна быть слишком тугой, так что между слоями могут образовываться маленькие воздушные карманы, которые хранят тепло. Дрейфуйте в холод, затем «лук» самостоятельно, но используйте дышащую одежду. Самый внешний слой должен быть ветрозащитным и водоотталкивающим. Убедитесь, что ваша одежда сухая. Влажная одежда охлаждает тело.

Если вы перед самым выходом на улицу выпили горячий чай или кофе, то старайтесь не дышать ртом и вообще на улице в сильный мороз меньше разговаривайте, поскольку защитные свойства снижаются у переохлаждённой слизистой и простуду подхватить легко.

Очень кстати в морозную погоду будут продукты, которые вырабатывают эндорфин, например, шоколад, содержащий не менее 70% какао. Всего 3-4 кусочка шоколада в день сохранят Ваше душевное равновесие. Прекрасно согревает и стимулирует выработку гормона радости горячий чай вприкуску с бананом.

Длинные трусы защищают ноги от холода. Наденьте шапку, потому что над головой теряется много тепла. Рукавицы держат руки лучше теплыми перчатками. Вязаный выглядит красиво, но пропускает ветер. Лакшина или флисовые перчатки более эффективны при нагревании. Также носите теплую зимнюю обувь. Они идеально водонепроницаемы и имеют толстую резиновую подошву, которая изолирует.

Обувь не должна быть слишком тугой, потому что тогда вокруг ног не может образоваться греющая воздушная подушка. Купите их пополам побольше и поместите на толстые носки. Вкладыши с овечьей шкурой и алюминиевым слоем дополнительно изолируют. Для очень замороженных, батарейных или химических карманных обогревателей, а также подогреваемых носков также подходят.

Для того чтобы меньше мёрзнуть не забывайте про жиры. Необходимый минимум в холода – 2 чайные ложки растительного масла и 20 г сливочного масла в сутки людям до 30 лет и 10 г масла после 30 лет.

В морозы желательно заменить сырые овощи, которые входят в Ваш рацион, паровыми или тушёными. И, конечно же, в холода никак нельзя обойтись без первых блюд.

Когда вы приходите домой замерзшим, горячего чая иногда недостаточно, чтобы снова разогреться. Тогда может помочь бутылка с горячей водой, подушка из черешни или другие тепловые пакеты. Они жертвуют тепло в течение длительного времени. Не размещайте эти средства непосредственно на коже, иначе это может привести к ожогам. Используйте полотенце или подобное как буфер между кожей и тепловым пакетом. Важно: Если функция нервов на коже ухудшается, например, из-за диабета, вы должны обсудить с врачом, что вам нужно обратить внимание при применении тепла.

Принимая препараты, которые понижают кровяное давление, учитывайте и то, что они заодно снижают и температуру тела. Старайтесь дышать на морозе только носом.

Ноги должны быть в тепле.

Обычно, в сильные морозы первыми начинают мёрзнуть ноги. Дело в том, что на холоде кровообращение замедляется, и кровь плохо согревает ступни. Переохлаждение ног может грозить различными заболеваниями, поскольку на подошвах ног расположено много биоактивных точек. В первую очередь замёрзшие ноги могут спровоцировать заболевания почек и лор-органов.

Теплая ванна для ног облегчает холодные ноги. Горячая ванна звучит соблазнительно, но может быть слишком утомительной для холодного тела. Также будьте осторожны при массаже очень холодных частей тела: если у вас есть обморожение или переохлаждение, массаж может принести больше вреда, чем помощи. Здесь вы можете узнать больше об этом.

Завитки Кнайпа, посещения сауны и чередующиеся ливни укрепляются. Когда эти меры применяются регулярно, организм привыкает к изменениям температурных стимулов или может легко адаптироваться к нему. Если у вас есть предыдущие заболевания, вы должны заранее спросить своего врача.

Конечно же, женщинам даже в сильные морозы не хочется расставаться с любимыми сапожками на шпильках. Но необходимо учитывать тот факт, что в сапогах на высоких каблуках ноги замерзают гораздо быстрее. Обычно такие сапоги более узкие, что ещё больше препятствует нормальному кровообращению. И даже очень тёплое голенище таких сапожек не спасёт от сильного мороза.

Важно: если вы постоянно замерзаете, имеете холодные руки или ноги, это также может быть признаком болезни. Когда наружные температуры падают, он может быстро получить холод и в спальне, и мы начинаем чувствовать себя холодно. Люди, которые замерзают ночью, часто даже испытывают проблемы со сном. Ниже приводятся наиболее важные факты о теме «Ночная заморозка» и о том, что вы можете сделать о дрожании в постели.

Когда холодно, руки и ноги остывают, тело иногда начинает дрожать, а пальцы и губы могут стать голубоватыми. Но зачем вообще замораживать и почему так реагирует человеческое тело? Если это значение недооценивается, организм начинает принимать контрмеры. Кожа сжимается, и вы получаете мурашки. В результате поверхность уменьшается, а волосы тела устанавливаются. Это можно рассматривать как остаток того времени, когда люди все еще носили пальто. Приподнятые волосы образовывали теплый слой воздуха между волосами и кожей.

Сапоги на тонкой подошве, даже имеющие внутри тёплый натуральный мех, не смогут согреть в холода. В сильные морозы лучше всего подойдут сапоги-дутики на толстой тракторной подошве (тепло и не скользко), а также сапоги-валенки с вышивкой, которые снова в моде. Очень важно, чтобы обувь для морозов была не тесная. И хоть последнее время зимы у нас не очень холодные, всё равно бывают очень морозные дни. Поэтому, имейте пару зимней обуви на такой случай, и было бы хорошо, если в них можно надеть ещё и тёплые шерстяные носки.

Чтобы жизненно важные органы оставались защищенными как можно дольше при низкой наружной температуре, в первую очередь снижается подача внешних конечностей с помощью средств переноса тепла. Для этого кровеносные сосуды сужаются. В результате замораживание. Если это условие длится дольше или температура тела продолжает уменьшаться, тело начинает дрожать. Это попытка произвести тепло тела путем перемещения мышц.

Когда ночное замораживание препятствует сну

Научно доказано, что тонкие люди замерзают быстрее, чем те, у которых есть сытые тела. Это связано с менее выраженным слоем жира под кожей. Из-за различного выражения мышечной массы женщины, как правило, дрожат легче, чем мужчины. Даже плохое кровообращение способствует ночному замерзанию, поскольку кровь может распространяться менее равномерно. Те, кто плохо себя чувствует в постели, обычно не могут хорошо спать, так как ночью холодные ноги неудобны. Если тогда стартует большой бобр, то он быстро перейдет с ночным сном.


Заботимся о руках.

Руки также быстро замерзают в холодную погоду. Уже при минус 10, желательно, распрощаться даже с самыми тёплыми перчатками. В морозы они сильно проигрывают варежкам, в которых пальчики делятся теплом друг с другом. Желательно смазывать руки защитным кремом перед выходом на улицу. Замёрзшие руки могут быть причиной дерматитов, заболевания горла, обострения полиартритов и ревматизма.

Часто причина ночного замораживания быстро устраняется, потянув положенное одеяло обратно на охлажденную часть тела или надеть теплую пижаму. После потоотделения он также может вызвать чрезмерное охлаждение отдельных частей тела. По этой причине следует позаботиться о том, чтобы температура в спальне и в кровати была не слишком высокой. Но иногда эти краткосрочные меры недостаточны и необходимы более фундаментальные изменения. В дополнение к изменению привычек, например. Усиление упражнений, прекращение некоторых стимуляторов или увеличение потребления определенных, согревающих продуктов, определенные меры в отношении постели и пижамы против замораживания во время сна могут помочь.

Берегите уши!

Сильно покрасневшие уши – это первый сигнал о том, что они сильно замёрзли. Опустите «уши» у шапки или немедленно идите в тепло, иначе можно отморозить уши. В этом случае может появиться ломящая боль, и начнут белеть края ушных раковин. Поэтому, в сильные морозы не стоит модничать и при температуре ниже – 5 носите шапки, закрывающие уши. Обморожение ушей может грозить гайморитом и отитом.

Уход за лицом

В холодную погоду в первую очередь замерзают щёки и кончик носа, поскольку это самая тонкая кожа. На морозе влага из кожи быстро испаряется, поэтому она становится суше и грубее. В сильные морозы нежелательно делать салонные пилинги, так же как и использовать домашние скрабы. В холодное время года для кожи лица необходим особый щадящий уход. Косметологи советуют в это время соблюдать следующие правила: утром сразу после сна наносите увлажняющий крем, перед выходом на улицу – защитный (мужчинам это тоже не помешает), а на ночь – питательный крем.

В морозы никак нельзя без шапки

Волосяные луковицы реагируют на холод очень быстро и часто у тех, кто разгуливает на морозе без шапки, начинают портиться и выпадать волосы. Поэтому носите шапку в холодное время года, это сохранит вашу красоту и здоровье. Сейчас очень большой выбор шапок и каждый может выбрать себе по вкусу головной убор, в котором можно прекрасно выглядеть и при этом не навредить своему здоровью. Переохлаждение головы грозит очень серьезными последствиями, такими, как: мигрени, воспаление тройничного нерва, лицевая невралгия и даже менингит.


С морозом шутки плохи

Собираясь на улицу в мороз, одевайтесь так, чтобы Вас не принимали за пингвина. Гораздо лучше надеть на себя лёгкую, плотную многослойную одежду, которая создаёт воздушную прослойку, способную удерживать тепло. Также в морозы отлично подойдёт термобельё и тёплая верхняя одежда из натуральных тканей и волокон. Короткие кофточки и свитера, а также джинсы с заниженной талией лучше отложить до тёплого времени года.

Переохлаждение верхней части тела грозит нам бронхитом, шейным миозитом, межрёберной невралгией и пневмонией.

Переохлаждение нижней части тела грозит женщинам циститом и воспалением яичников, а мужчинам воспалением простаты. Такие заболевания, как воспаление почек и радикулит, также являются результатом переохлаждения.

Зимой организм человека тратит гораздо больше энергии, чем в тёплое время года. Поэтому необходимо восстанавливать как-то потраченную энергию. Сон – самый лучший источник энергии. Спите больше зимой, и будете чувствовать себя бодрее. Вас не затронет зимняя хандра.

Важно!

Как действовать правильно, если сильно замерзли

Если появились первые признаки переохлаждения: посинение кожи и губ, озноб, понижение температуры тела, покалывание и боль в пальцах ног и рук, зевота, появление «гусиной кожи», необходимо срочно зайти в теплое помещение.

Если Вы очень сильно замёрзли, нельзя ни в коем случае принимать горячую ванну. Лучше переодеться в тёплую сухую одежду, на ноги надеть шерстяные носки и выпить чего-нибудь горячего, например, чай или какао с молоком. Кофе пить не стоит, поскольку он возбуждает нервную систему и из-за этого может начать лихорадить. Спиртное – рюмочку кагора или коньяка, можете позволить себе позже, когда согреетесь, чтобы не было лишней нагрузки на сердце.

При обморожении какой-либо части тела, ни в коем случае нельзя натирать её снегом или пытаться согреть горячей водой. Это может только ухудшить состояние больного. Растирая обмороженную кожу, можно разрушить мелкие кровеносные сосуды.
Как же помочь? Наложите сухую повязку и дайте тёплое и сладкое питьё, для согревания изнутри. Благодаря этому температура внутри организма повысится и позволит спасти переохлажденные клетки.

В случаях сильного переохлаждения, когда у человека наступает вялость, сонливость, нарушение координации движения и потеря сознания, необходимо срочно вызвать скорую помощь. Конечно же, лучше не доводить себя до такого состояния и заранее предпринимать меры, чтобы не замёрзнуть. Тем более, теперь Вы знаете как не замёрзнуть зимой. Берегите себя!