جوشاندن آب تا زمانی که یخ بزند امکانپذیر است!
بیگ بنگ: اگر حس میکنید یکی از اساسیترین باورهایتان به کل نفی شده است، این کار را امتحان کنید. در شرایط مناسب، می توان آب را تا زمانی که یخ بزند بجوشانیم. بله، همانطور که در این ویدئو می بینید، پس از گذشت چند دقیقه از جوشاندن، آب به کریستالهای یخی جامد تبدیل شده و اگر آن را لمس کنید سرما را حس خواهید کرد. عجیب است نه؟ چه اتفاقی در اینجا می افتد؟
به گزارش بیگ بنگ، اول بگذارید شرایط آزمایش را مرور کنیم زیرا در شرایط عادی این عمل امکانپذیر نیست پس کتری را کنار بگذارید. همانطور که در ویدیو توضیح داده می شود، شما به یک محفظۀ فشار مجهز به یک پمپ خلا که هوا را از داخل آن بیرون بکشد نیاز دارید. نمک بی آب منیزیم سولفات و یک بطری آغشته به کلسیم در انتهای محفظه قرار داده شده است. این دو ماده به منظور تسهیل فرایند جوشیدن-یخزدن استفاده نمی شوند بلکه به منظور جذب بخار آب بکار می روند تا فشار محفظه دچار نوسان نشود.
چند تکه کلسیت جامد نیز به آب اضافه می شود که بر دمای آب تاثیری نگذاشته اما جوشیدن آب را تسهیل می بخشد. حال همه چیز آماده است. داخل محفظۀ فشار آب را با بالابردن دما نمی جوشانیم بلکه قرار است با کاهش فشار محیط این کار را انجام دهیم. همانطور که در ویدیو توضیح داده می شود، نقطۀ جوش یک مایع به فشار و دما بستگی دارد و هرچه مایع گرمتر شود، فشار تبخیر بیشتر می شود.
در 100 درجۀ سانتیگراد(نقطه جوش آب)، فشار تبخیر 1 اتمسفر یا 0.101325 مگاپاسکال است. در این دما، آب شروع به تبخیر کرده و از حالت مایع به بخار تبدیل می شود. فشار بخار آب در دمای اتاق بسیار پایین است به همین دلیل آب در دمای اتاق پایدار بوده و نمیجوشد. با استفاده از این اصول، می توان آبی با دمای اتاق در محفظۀ فشار قرار داده و شروع به مکش هوای درون محفظه کنید(فشار نیز کمتر می شود) و پس از چند دقیقه، دمای جوش آب کمتر از دمای اتاق شده و می توانید بدون هیچ گرمایی آب را بجوشانید.
کودی(شخص در ویدیو)در این باره میگوید: «به صورت نظری، اگر من همینطور فشار را پایینتر بیاورم، آب به جوشیدن ادامه داده و گرما از دست می دهد زیرا مولکولهای داغ شدۀ آب به این سو و آن سو حرکت کرده و به گاز تبدیل می شوند و مولکولهای سردتر در ظرف باقی می مانند.» می توان در ویدیو بالا دید که در ادامه، آب دمای خود را از دست داده و به نقطه انجماد می رسد. گروه فیزیک دانشکده هاروارد-وستلیک اینگونه توضیح می دهد که وقتی شما آب را پایین آوردن فشار هوا می جوشانید، مولکولهای مایعی که باقی می مانند به مولکولهای تبدیل شده به گاز انرژی منتقل می کنند.
این گروه در این باره اظهار داشتند: «مشخصا مولکولهای تبدیل شده به گاز انرژی جنبشی بیشتری دارند. بنابراین با پیشرفت فرایند جوشیدن، آب بطور مداوم گرما از دست میدهد. با کاهش مداوم فشار محیط،خلا ایجادشده از تجمع مولکولهای گازی آب جلوگیری کرده و فرایند جوشیدن آب ادامه می یابد. در نهایت، دمای مایع آنقدر پایین می آید تا به نقطۀ انجماد برسد.» حال متوجه شدید. ویدیوی بالا را نگاه کنید که ببینید کودی چگونه این کار را انجام داده و حتی قادر به بیرون آوردن ماده نهایی از ظرف نیست. فیزیک، علم بی نظیری است.
ترجمه: رضا کاظمی/ سایت علمی بیگ بنگ
منبع: sciencealert.com
با تشکر…
چه جالب ممنون
خیلی جالب