درجات الحرارة المنخفضة جدا
ليس هناك العديد من المطلقات في العلم، لذا تبرز حقا درجة الصفر المطلق, وهي درجة الحرارة الأبرد المحتملة نظريا حيث أن أنتروبي Entropy فيها تنخفض للصفر (0).
تصبح الأشياء حقا غريبة عندما تقترب درجة الحرارة من الصفر المطلق.
لنلقي نظرة على المحارير مختلفة التدريج وقراءاتها عند درجة الصفر المطلق 0 Kelvin و لنتخيل الحالة بشيء من الغرابة و المرح.
القارة القطبية الجنوبية Antarctica
دعنا نبدأ بالمكان الأبرد على الكرة الأرضية، وهي القارة القطبية الجنوبية,
فدرجات الحرارة هناك تصل إلى حدها الأدنى في حولي ( -80 ) فهرنهايت أي ( -112 ) سيلسيوس في الشتاء، هذا وأن أبرد درجة حرارة مسجلة هناك هي (- 89) فهرنهايت أي ( - 128) سيلسيوس.
*** فيديو بعنوان (Antarctica Condition 1 Weather)
يبين كيف يعيشون في هذا الجو الفظيع هناك في محطة مكمردو McMurdo Station لذا في المرة القادمة وعندما تواجه طقس شتائي قارص البرودة تذكر كيف يعيش العلماء والعاملين في محطات الدراسات في القارة القطبية الجنوبية أنتارتيكا!.
الأوكسجين السائل Liquid Oxygen
في عام 1995 قرر جورج غوبل George Goble كبير مهندسي بوردو Purdue's Senior System Engineer إيجاد أسرع طريقة لإيقاد الشواء الباربكيو Barbecue BBQ فجرب شعلة البروبان Propane وشعلة الأسيتيلين Acetylene ولم تكن سريعة بما فيه الكفاية, فجرب غاز وقود الأوكسجين Oxygen-Fuel Gas والتي استغرقت 30 ثانية فقط, وحيث أنه كان خلف تسجيل رقما قياسيا في الإيقاد الأسرع فجرب الأوكسجين السائل.
لذا قرر استخدام الأوكسجين السائل (LOX) فدرجة غليانه هي (90.2 ) كلفن إي (- 183 ) درجة سيلسيوس, فغمر 60 باوند (حوالي 30 كغم) من الفحم Charcoal مع سيجارة مشتعلة في
ومن حسن التصرف كان استخدامه للسيجارة المشتعلة مع كومة الفحم, لأن صب الأوكسجين السائل LOX على الفحم غير مشتعل كان سيتسبب بانفجار معادل في قوته حوالي قوة واحدة من عيدان الديناميت لكل قطعة من الفحم, فإذا سكب الأوكسجين السائل على القير (الإسفلت) فهو يمكنه أن يفجره, ومع خطورة التجربة, وبسبب اكتشافه هذا حصل جورج غوبل في عام 1996 على جائزة نوبل في الكيمياء.
*** فيديو بعنوان (How to light a grill in 2 seconds )
النتروجين السائل Liquid Nitrogen
يصبح النتروجين سائلا في درجة حرارة (77) كلفن أي (- 196) درجة سيلسيوس, فالنيتروجين السائل أو LN 2 هو مادة مفيدة جدا فهو يستعمل في المختبرات لتجميد الأشياء وكذلك في المستشفيات في المعالجات الطبية لتجميد وإزالة الثآليل وتشوهات البشرة, وحتى في المطاعم لعمل الآيس كريم الكحولي (وهو لا يجوز للمسلمين تناوله), فأنه عادة لا يمكن تجميد الكحول في المجمدة الكهربائية ( فهي ليست باردة بما فيه الكفاية) ولكن مع النتروجين السائل يمكن أن تجميده وجعله كالمعجون, كما فعل فرران أدريا Ferran Adria شيف وكبير طباخين مطعم El-Bulli .
*** فيديو بعنوان (Cooking with Liquid Nitrogen )
الهيدروجين السائل Liquid Hydrogen
يصبح الهيدروجين سائلا عند درجة (20.28 ) كلفن إي (- 252.87) درجة سيلسيوس, والهيدروجين جيد كوقود, فهو يستخدم كوقود في الصواريخ ويعتبر منافس قوي للوقود الأحفوري فهو يعتبر وقود المستقبل النظيف والصديق للبيئة, فالهيدروجين السائل يستعمل في أبرد (بشكل حرفي! ) محركات الصورايخ المصنعة لحساب ناسا, ومثل هذا المحرك عالي التبريد القابل للامتداد المشترك The Common Extensible Cryogenic Engine (CECE) الذي يولد بخار بدرجة 5.000 يعطي 13.000 باوند من قوة الدفع و يشكل رقاقات من الثلج على حافة النوزل Nozzle Rim في نفس الوقت, فهو بحق محرك الثلج والنار, ويشغل هكذا محرك بخليط من الأوكسجين السائل بدرجة (- 297) فرهنهايت والهيدروجين المسال بدرجة ( - 423) فرهنهايت, وتكون مكونات وأجزاء المحرك مبردة بصورة كبيرة جدا Super-Cooled مماثلة إلى درجات الحرارة المنخفضة المماثلة لرقاقات الثلج المنبثقة, بينما يحرق المحرك وقوده البارد يطلق بخار حار وغازات أخرى مدفوعة من النوزل للخارج, إن البخار المبرد بالنوزل البارد يتكثف ويجمد في النهاية ليشكل رقاقات الثلج حول الحافة.
*** فيديو بعنوان (Common Extensible Cryogenic Engine )
الهليوم السائل Liquid Helium
تصبح الأشياء حقا غريبة جدا بالهليوم السائل, فأولا هو العنصر الوحيد الذي يبقى سائلا نزولا للصفر المطلق ( ويمكن تسيله بالضغط العالي), فهو له شكلين في مراحل السيولة عند درجة حرارة (4.2) كلفن أي ( - 268.9) درجة سيليسوس , فعند درجة حرارة (4) كلفن يصبح بشكل سائل Fluid وعند درجة ( 2.17) كلفن يصبح بشكل سائل فائق Super Fluid.
والغريب أن السائل الفائق Super Fluid له صفر لزوجة Zero Viscosity و صفر أنتروبي Zero Entropy و توصيل حراري فائق ولا نهائي Infinite Thermal Conductivity, وكذلك إذا وضع السائل الفائق Super Fluid في حاوية مفتوحة، فهو سيزحف ألي الجوانب ويتدفّق إلى القمة, وإذا دورت الحاوية من وضع الثبات فأن السائل الفائق Super Fluid في داخلها لن يتحرك, وكذلك إذا وضع أنبوب شعري في بركة من السائل الفائق Super Fluid ثم سلط شعاع عليه فسنحصل على نافورة عديمة الاحتكاك والتي ستتدفّق إلى الأبد (فليس هناك احتكاك يذكر! ), ففي الحقيقة فأن للسائل الفائق Super Fluid بعض اللزوجة بينما وهو في الأنبوب الشعري فأنه ليس له لزوجة بتاتا, ويفسر العلماء هذا التناقض بأن السائل الفائق Super Fluid متكون من مكونين – [مكون الطبيعي ومكون فائق].
*** فيديو بعنوان ( Super Fluid helium)
الأجسام الأبرد في الفضاء The Coldest Objects in Space
ما الجسم الأبرد في الفضاء؟ ..... هل هو مذنب مجمد أو غيمة غاز باردة؟
الجسم الأبرد في الفضاء في الحقيقة هو جسم صناعي وهو - منظار بلانك Planck Telescope – أطلق من قبل وكالة الفضاء الأوربية كجزء من التجارب لقياس خلفية المايكرويف الكونية - فأن منظار بلانك تبرد أجهزته بدرجة (- 273.5) سيليسوس أو ( 0.1) فوق درجة الصفر المطلق.
لكن ماذا عن الجسم الطبيعي الأبرد في الفضاء؟
هذا العنوان يعود إلى سديم البمرنغ Boomerang Nebula (المعروف باسم سديم أربطة العنق the Bow Tie Nebula ), حدد مكان سديم الأولي الكوكبي Proto Planetary Nebula بـ 5,000 سنة ضوئية بعيدا عن الأرض, وهو يقذف غاز بارد جدا لـ 1,500 سنة, هذا برد السديم إلى درجة (1) كلفن فوق الصفر المطلق, (سديم بمرنغ، ائتمان: وكالة فضاء أوربية / ناسا Boomerang Nebula, credit: European Space Agency/NASA)
المادة الأبرد على الأرض The Coldest Substance on Earth
في عام 2003 فاز ولفانج كيتيرل Wolfang Ketterle وزملائه في معهد ماساشوسيتس التكنولوجي Massachusetts Institute of Technology بجائزة نوبل عن تخليقهم للمادة الصناعية الأبرد على الأرض – فقد بردوا الـ Bose-Einstein condensate of sodium atoms إلى (450) بيكو كلفن أي ( 0.00000000045) كلفن أي (0.00000000045 K).
وفي عام 2009 قام تونو نيتيلا Tauno Knuuttila وزملاء في الجامعة هلسنكي Helsinki University of Technology في مختبر درجة حرارة التقنية المنخفض Low Temperature Lab فاستعملوا التبريد المغناطيسي (نعم، استعملوا المغنطيسات لتبريد الأشياء) في تبريد Rhodium إلى ( 100) بيكو كلفن (100 pK) - ( تقنيا هي درجة الحرارة للدورة النووية، ليس طاقتها الحرارية العامة).
ملاحظة: لمشاهدة الأفلام أضغط على الوصلات
مهند الشيخلي .... muhannad alsheikhly
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق