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