Bài 158

The Mpemba effect

Hiệu ứng Mpemba

In 300 BC, the famous philosopher Aristotle wrote about a strange phenomenon that he had observed: “Many people, when they want to cool water quickly, begin by putting it in the sun.”

Vào năm 300 trước Công nguyên, nhà triết học nổi tiếng Aristotle đã viết về một hiện tượng kỳ lạ mà ông đã quan sát được: "Nhiều người, khi họ muốn làm mát nước nhanh chóng, bắt đầu bằng cách đặt nó dưới ánh nắng mặt trời."

Other philosophers over the ages noted the same result, but were unable to explain it.

Các triết gia khác qua nhiều thời đại cũng ghi nhận kết quả tương tự, nhưng không thể giải thích được.

In 1963, a young Tanzanian student named Erasto Mpemba noticed that the ice cream he was making froze faster if the mix was placed in the freezer while warm than if it were at room temperature.

Vào năm 1963, một sinh viên trẻ người Tanzania tên là Erasto Mpemba nhận thấy rằng món kem anh ấy đang làm sẽ đông cứng nhanh hơn nếu như hỗn hợp được đặt trong tủ đông khi còn ấm so với khi đang ở nhiệt độ phòng.

He persisted in questioning why this occurred, and eventually physicist Denis Osborne began a serious investigation into what is now known as the Mpemba Effect.

Anh vẫn kiên trì đặt câu hỏi tại sao điều này lại xảy ra, và cuối cùng nhà vật lý Denis Osborne đã bắt đầu một cuộc điều tra nghiêm túc về cái mà ngày nay được gọi là Hiệu ứng Mpemba.

He and Mpemba co-authored a paper in New Scientist in 1969, which produced scientific descriptions of some of the many factors at work in freezing water.

Anh và Mpemba là đồng tác giả của một bài báo trên tạp chí New Scientist vào năm 1969, trong đó đưa ra các mô tả khoa học về một số yếu tố ảnh hưởng đến việc nước đóng băng.

It was initially hypothesised that the warm bowl melted itself a place in the ice on the freezer shelf, thus embedding its base in a ‘nest’ of ice, which would accelerate freezing.

Ban đầu, nó được đặt giả thuyết rằng chiếc bát ấm tự làm tan chảy ở một chỗ trong lớp băng trên kệ đông lạnh, từ đó ấn đế của nó vào một "tổ" băng, điều sẽ làm tăng tốc độ đóng băng.

The hypothesis was tested by comparing the result when bowls of warm water were placed on ice and on a dry wire shelf; this demonstrated that the ice nest actually had little effect.

giả thuyết đã được kiểm tra bằng cách so sánh kết quả khi đặt bát nước ấm trên băng và trên kệ lưới khô; điều này chứng tỏ rằng cái 'tổ' băng thực sự ảnh hưởng rất ít.

A second suggestion was that the warmer water would be evaporating at its surface, thus reducing the volume needing to be frozen, but this idea was also shown to be insignificant.

Một gợi ý thứ hai là phần nước ấm hơn sẽ bốc hơi ở bề mặt của nó, do đó làm giảm thể tích cần phải đóng băng, nhưng ý tưởng này cũng được chứng minh là không đáng kể.

Thermometers placed in the water showed that the cooler water dropped to freezing temperature well before the warmer bowlful, and yet the latter always froze solid first.

nhiệt kế được đặt trong nước cho thấy rằng nước lạnh hơn giảm xuống mức nhiệt độ đóng băng sớm hơn hẳn so với bát nước ấm hơn, nhưng cái sau luôn đóng băng thành thể rắn trước.

Experiments at different temperatures showed that water at 50°C took longest to freeze in a conventional freezer, while water initially at 350°C was quickest.

Các thí nghiệm ở các nhiệt độ khác nhau cho thấy rằng nước ở 50°C mất nhiều thời gian nhất để đóng băng trong tủ đông thông thường, trong khi nước ban đầu ở 350°C là nhanh nhất.

On further examination, an explanation for this paradox began to emerge.

Khi kiểm tra nhiều hơn, một lời giải thích cho nghịch lý này bắt đầu xuất hiện.

Losing heat from the water occurs at the points where it is in touch with the colder atmosphere of the freezer, namely the sides of the bowl and the water surface.

Sự mất nhiệt của nước xảy ra ở những điểm tiếp xúc với không khí lạnh hơn của tủ đông, cụ thể là thành bát và mặt nước.

A warm surface will lose heat faster than a cold one because of the contrast between the temperatures; but of course there is more heat to be lost from one bowl than the other!

Bề mặt ấm sẽ mất nhiệt nhanh hơn bề mặt lạnh vì sự tương phản giữa các nhiệt độ; nhưng tất nhiên có nhiều nhiệt bị mất từ bát này hơn bát kia!

If the surface can be kept at a higher temperature, the higher rate of heat loss will continue.

Nếu bề mặt có thể được giữ ở nhiệt độ cao hơn, tốc độ mất nhiệt cao hơn sẽ tiếp tục.

As long as the water remains liquid, the cooling portion on top will sink to the bottom of the bowl as the warmer water below rises to take its place.

Miễn là nước vẫn ở trạng thái lỏng, phần làm mát ở trên sẽ chìm xuống đáy bát khi nước ấm hơn bên dưới dâng lên thế chỗ.

The early freezing that may occur on the sides and base of the container will amplify the effect.

Việc đóng băng sớm có thể xảy ra ở các thành bên và đáy của thùng chứa sẽ khuếch đại hiệu ứng.

The bowl that is more uniformly cold will have far less temperature difference so the water flow will be minimal.

Bát lạnh đồng đều hơn sẽ có chênh lệch nhiệt độ ít hơn nên lưu lượng nước sẽ ở mức tối thiểu.

Another inhibiting factor for this container is that ice will also form quite quickly on the surface.

Một yếu tố hạn chế khác đối với thùng chứa này là băng cũng sẽ hình thành khá nhanh trên bề mặt.

This not only acts as insulation, but will virtually stop the helpful effects of the water circulating inside the bowl.

Điều này không chỉ đóng vai trò như lớp cách nhiệt mà còn hầu như sẽ ngăn chặn các tác động hữu ích của nước lưu thông bên trong bát.

Ultimately, the rate of cooling the core of this body of water becomes so slow that the other warmer one is always fully frozen first.

Cuối cùng, tốc độ làm lạnh lõi của phần nước này trở nên chậm đến mức phần nước ấm hơn luôn bị đóng băng hoàn toàn trước tiên.

While there are limitations to this comparison (for example, we would not see such a result if one quantity were at 10°C and another at 990°C) this counter-intuitive result does hold true within the 5–350°C range of temperatures indicated previously.

Mặc dù có những hạn chế đối với phép so sánh này (ví dụ, ta sẽ không thấy kết quả như vậy nếu một đại lượng ở 10°C và một đại lượng khác ở 990°C), kết quả phản trực quan này đúng trong phạm vi nhiệt độ 5–350°C được chỉ ra trước đó.

Since this paper was published, the validity of the research findings has been questioned by a number of reviewers.

Kể từ khi bài báo này được xuất bản, tính hợp lệ của các kết quả nghiên cứu đã bị nghi ngờ bởi một số nhà phê bình.

They point out that the initial experimental question was not clearly defined; for example, the researchers needed to decide on exactly what constituted freezing the water.

Họ chỉ ra rằng câu hỏi thí nghiệm ban đầu không được xác định rõ ràng; ví dụ, các nhà nghiên cứu cần phải quyết định chính xác điều gì đã tạo nên sự đóng băng của nước.

They also state that the rate at which water freezes depends on a large number of variables.

Họ cũng nói rằng tốc độ đóng băng của nước phụ thuộc vào một số lượng lớn các biến số.

Container size is one of these; for the Mpemba Effect to be noticed, the container must be large enough to allow a free circulation of water to take place, yet small enough for the freezing areas of the side and base to be effective at extracting heat too.

Kích thước thùng chứa là một trong số này; để hiệu ứng Mpemba được phát hiện, bình chứa phải đủ lớn để cho phép nước lưu thông tự do, nhưng cũng đủ nhỏ để các khu vực đóng băng ở bên và đế cũng có thể thoát nhiệt hiệu quả.

Secondly, research at a University in St Louis, Missouri, suggests that the Mpemba Effect may be affected by water purity, or by dissolved gas in the water.

Thứ hai, nghiên cứu tại Đại học St Louis, Missouri, cho thấy Hiệu ứng Mpemba có thể bị ảnh hưởng bởi độ tinh khiết của nước, hoặc do khí hòa tan trong nước.

Distilled water is totally free of the particles that are common in normal drinking water or mineral water.

Nước cất hoàn toàn không có các hạt thường gặp trong nước uống thông thường hoặc nước khoáng.

When suspended in water, these particles may have a small effect on the speed of cooling, especially as ice molecules tend to expel them into the surrounding water, where they become more concentrated.

Khi lơ lửng trong nước, các hạt này có thể có ảnh hưởng nhỏ đến tốc độ làm lạnh, đặc biệt là khi các phân tử băng có xu hướng đẩy chúng ra vùng nước xung quanh, nơi chúng trở nên tập trung hơn.

Just as salt dissolved in water will raise the boiling point and lower the temperature at which it freezes, the researchers found that the final portion of ordinary water needed extra cooling, below zero, before all was frozen solid.

Cũng giống như muối hòa tan trong nước sẽ làm tăng nhiệt độ sôi và giảm nhiệt độ đóng băng, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng phần cuối cùng của nước bình thường sẽ cần được làm mát thêm, dưới 0°C, trước khi tất cả trở thành chất rắn đóng băng.

One more factor that can distort the effect is observed if the bowls are not placed simultaneously into the same freezer.

Một yếu tố nữa có thể làm bóp méo hiệu ứng được nhận thấy nếu các bát không được đặt đồng thời vào cùng một tủ đông.

In this case, the freezer thermostat is more likely to register the presence of a hotter bowl than a colder one, and therefore the change in internal temperature causes a boost of freezing power as the motor is activated.

Trong trường hợp này, bộ điều chỉnh nhiệt của tủ đông có nhiều khả năng ghi nhận sự hiện diện của bát nóng hơn bát lạnh, và do đó sự thay đổi nhiệt độ bên trong làm tăng công suất đóng băng khi động cơ được kích hoạt.

The Mpemba Effect is still not fully understood, and researchers continue to delve into its underlying physics.

Hiệu ứng Mpemba vẫn chưa được hiểu một cách đầy đủ, và các nhà nghiên cứu tiếp tục nghiên cứu vật lý cơ sở của nó.

Physicists cannot reach consensus.

Các nhà vật lý không thể đạt được sự nhất trí.

Some suggest that supercooling is involved; others that the molecular bonds in the water molecules affect the rate of cooling and freezing of water.

Một số ý kiến cho rằng có liên quan đến quá trình siêu lạnh; những người khác rằng các liên kết phân tử trong phân tử nước ảnh hưởng đến tốc độ làm lạnh và đóng băng của nước.

A 2013 competition to explain the phenomenon run by the Royal Society of Chemistry attracted more than 22,000 entries, with the winning one suggesting supercooling as an important factor so it seems the question and its underlying explanation continue to fascinate.

Năm 2013, một cuộc thi để giải thích hiện tượng do Hiệp hội Hóa học Hoàng gia tổ chức đã thu hút hơn 22.000 bài dự thi, trong đó bài chiến thắng cho rằng siêu lạnh là một yếu tố quan trọng nên có vẻ như câu hỏi và lời giải thích cơ bản của hiện tượng vẫn tiếp tục có sức hút.

Từ vựng (15)

persist (pɝˈsɪst) — khăng khăng, dai dẳng
hypothesis (haɪˈpɑː.θə.sɪs) — giả thuyết
thermometer (θɚˈmɑː.mə.t̬ɚ) — nhiệt kế
conventional (kənˈven.ʃən.əl) — thông thường, theo phong tục
inhibit (ɪnˈhɪb.ɪt) — hạn chế, ngăn chặn
virtually (ˈvɝː.tʃu.ə.li) — gần như, hầu như
consensus (kənˈsen.səs) — sự đồng thuận, nhất trí
underlying (ˌʌn.dɚˈlaɪ.ɪŋ) — cơ bản, cơ sở
embed (ɪmˈbed) — ấn, gắn vào
distort (dɪˈstɔːrt) — làm biến dạng; bóp méo, xuyên tạc (sự thật, ý nghĩ, v.v)
thermostat (ˈθɝː.mə.stæt) — máy điều khiển nhiệt độ
amplify (ˈæm.plə.faɪ) — khuếch đại
simultaneously (ˌsaɪ.məlˈteɪ.ni.əs.li) — đồng thời
circulate (ˈsɝː.kjə.leɪt) — lưu thông, lưu truyền
delve (delv) — đào sâu, tìm tòi