В холодной воде молекулы двигаются и колеблются хаотически, с разной частотой. При нагреве воды, с повышением частоты колебаний, их диапазон сужается (уменьшается разница частот от жидкой горячей воды до точки парообразования), частоты колебаний молекул приближаются друг к другу, вследствие чего между молекулами возникает резонанс. При охлаждении этот резонанс частично сохраняется, угасает не сразу.
Попробуйте прижать одну из двух струн гитары, находящихся в резонансе. Теперь отпустите — струна опять начнет вибрировать, резонанс восстановит ее колебания. Так и в замораживаемой воде наружные охлаждаемые молекулы пытаются потерять амплитуду и частоту колебаний, но «теплые» молекулы внутри сосуда «вытаскивают» колебания назад, выступают в роли вибраторов, а наружные — резонаторов. Между вибраторами и резонаторами и возникает пондеромоторное притяжение*. Когда пондеромоторная сила становится больше силы, вызванной кинетической энергией молекул (которые не только вибрируют, но и двигаются линейно), происходит ускоренная кристаллизация — «Эффект Мпемба».
Пондеромоторная связь очень зыбкая, Мпемба-эффект сильно зависит от всех сопутствующих факторов: объема замораживаемой воды, характера ее разогрева, условий замораживания, температуры, конвекции, условий теплообмена, насыщения газом, вибрации холодильного агрегата, вентиляции, примесей, испарения и пр. Возможно, даже от освещения… Поэтому эффект имеет массу объяснений и его, порой, трудно воспроизвести.
По той же «резонансной» причине кипяченая вода закипает быстрее некипяченой — резонанс некоторое время после кипячения сохраняет интенсивность колебаний молекул воды (потеря энергии при охлаждении в основном приходится на потерю кинетическую энергии линейного движения молекул). При интенсивном нагреве молекулы-вибраторы меняются ролями с молекулами-резонаторами в сравнении с замораживанием — частота вибраторов меньше частоты резонаторов, а это означает, что между молекулами возникает не притяжение, а отталкивание, что и ускоряет переход в другое агрегатное состояние (пара).
* см. Лебедев П.Н. Избранные сочинения (под ред. проф. А.К. Тимирязева). Москва-Ленинград.1949 г. напр.: «Несмотря на всё различие, которое представляют собой, по своей физической природе, колебания электромагнитные, гидродинамические и акустические, законы пондеромоторного действия их на соответствующие резонаторы тождественны; это указывает нам на вероятность, что найденные элементарные законы, универсальны для всех возможных (и ещё не исследованных нами) колебаний…»
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
