پدیده ممبا

مسلما انتظار داریم آب سرد، زودتر از آب داغ دچار انجماد شود، ولی تجربه وتحقیق نشان داده عکس این واقیت صحیح است و آب داغ زودتر از آب سرد منجمد میشود. این پدیده ، اثر ممبا نام دارد.

قابل توجیه به نظر نمی رسد که آب 70درجه سانتی گراد سریع تر از آب 20درجه دچار انجماد شود به طور مثال اگر آب 20 درجه به 30 دقیقه وقت نیاز داشته باشد تا به دمای انجماد برسد ، آب 70 درجه مدت زمان بیشتری نیاز دارد چون در ابتدا باید زمانی را صرف کند تا از 70 درجه به 20درجه برسد و سپس همان 30 دقیقه را پشت سر بگذارد تا منجمد شود ولی واقعیت این است که وقتی آب از 70 درجه به 20 درجه میرسد دچار تغییراتی می شود که پیامد این تغییرات می تواند منجر به این شود که زمان انجماد  آن کوتاهتر شود. به عبارت بهتر دلیل واحدی برای پدیده ممبا وجود ندارد و عوامل مختلفی در ایجاد این پدیده موثر هستند این دلایل عبارتند از :

تبخیر :

وقتی آب داغ بتدریج سرد می شود بخشی از آب به شکل بخار خارج می شود و جرم آب کاهش می یابد . کاهش جرم آب سبب می شود 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 ممباست، ولی تنها عامل نیست بطوریکه حتی با حذف تبخیر هم پدیده ممبا 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 تر از آب سرد منجمد میشود . پس علاوه بر تبخیر عوامل دیگری هم در این مورد تاثیر گذار هستند.

 خروج گازهای حل شده از آب :

می دانیم 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 می توان 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 ممبا کفایت نمی کند زیرا اگر یک مقدار آب را به دقت جوشانیم تا گازهای محلول درآن کاملا خارج شود بعد آن را تا دمای 20 درجه سرد کنیم و یک گاز جوشیده بدون گاز را در شرایط دمائی 70درجه نگهداریم باز هم آب 70درجه سانتی گراد زودتر منجمد میشود.

تاثیر محیط :

آب داغ ممکن است محیط اطراف خود را دچار چنان تغییراتی کتد 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 تاثیرگذار باشد ولی به تنهائی نمی تواند پدیده ممبا را توجیه کند. چون حتی وقتی هر دو ظرف برروی یک سطح عایق قرار داده شوند بطوریکه ذوب برفک یخچال اتفاق نیفتد باز هم پدیده ممبا دیده میشود.

ابر سرد شدن :

ابر سرد شدن نیز به عنوان یکی از دلایل ایجادپدیده ممبا مطرح شده است . منظور از ابر سرد شدن این است که آب در دمائی پایین تراز صفر درجه منجمد شود. در دمای صفر درجه مولکولهای آب میخواهند به شکل بلور یخ ساختار  منظمی بگیرند یعنی حرکات کاتوره ای خود را به عنوان یک مایع از دست می دهند 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 میشود. آزمایشات نشان می دهد آبی که در آغاز گرمتر بوده ، تنها تا 2 درجه ابر سرد می شود، در حالی که آبی که از آغاز سردتر بوده تا 8 درجه ابر سرد می گردد. بنابراین آب سرد دیرتر منجمد می شود . البته درستی فرایند ابر سرد شدن هنوز کاملا تائید نشده است، ولی حتی در صورت تائید نمی تواند توجیه خوبی برای پدیده ممبا باشد، چون به جای حل معما ، معمای دیگری مطرح می شود. چرا باید آبیکه در ایتدا گرمتر بوده بیشتر از آبی که درآغاز سردتر بوده ابر سرد شود ؟

البته یک پاسخ برای این سوال این است که، چون آب سرد، حل شونده 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 می افتد.

 همرفت :

توجیه دیگری برای پدیده ممبا توجه به این واقعیت است که دمای آب غیر یکنواخت میشود و همچنانکه آب سرد میشود گرادیان های دما و جریان های همرفت افزایش می یابند. با افزایش دما چگالی آب کاهش می یابد بنابراین پس از گذشت زمان ، همچنانکه آب سرد می شود بر روی سطح آب یک سطح داغ فوقانی ایجاد می شود. یعنی دمای آب در سطح بشتر 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 گرما را سریع تر از حالتی از دست می دهد که با در نظر گرفتن دمای متوسطش از آن انتظار میرفت . به عبارت بهتر برای هر دمائی هرچه توزیع دمائی آب غیر یکنواخت تر باشد اتلاف گرما بیشتر است. در واقع آبی که داغ تر است به سرعت دچار کاهش دما می شود و موجب ایجاد جریانهای همرفتی می گردد. برقراری این جریانهای همرفتی سبب میشود که دمای آب از بالا تا پائین بشدت دچار تغییر شود ولی آبی که دمای کمی دارد آهسته تر سرد می شود. پس سرعت ایجاد جریان های همرفتی هم در آن کمتر است ودیرتر دچار کاهش دما می شود.