مدى تأثير الضغط في درجتي غليان وانصهار جميع المواد

2011 تجارب علمية الحرارة والطاقة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

مدى تأثير الضغط في درجتي غليان وانصهار درجة الغليان درجة الانصهار الفيزياء

مع تزايد الضغط تنخفض درجة انصهار الجليد وترتفع درجة غليان الماء السائل، وهذا ما يفسر سبب انسياب المتزلجين على الجليد وسرعة طهي الطعام بواسطة القدور الكاتمة.

ما السبب في أن للجَمَل أقداماً كبيرة ومسطحة؟ ولماذا يستخدم متزلجو الجليد أحذية تزلج رقيقة بدلاً من الأحذية السميكة؟

الإجابة عن كلا السؤالين: الضغط هو السبب. فلو قمت بنشر قوة على مساحة واسعة فإن الضغط عليها سيكون خفيفاً.

 

إن قدم الجمل العريضة تساعده على عدم الغوص في الرمال. ولو أنك ركزت قوة على مساحة قليلة فإن الضغط سيزداد، ولهذا السبب يلجأ المتزلجون إلى استعمال أحذية التزلج الرقيقة كي يحدثوا ضغطاً إضافياً يساعدهم على صهر الجليد تحت أقدامهم. وتساعد طبقة الجليد المنصهر المتزلجين على الانزلاق على الجليد بانسياب وسهولة.

يؤثر الضغط في درجتي غليان وانصهار جميع المواد، ويمكننا أن نتصور الضغط على أنه طاقة تقوم بضغط ذرّات المادة، ويمكننا أن نتصور الضغط على أنه طاقة تقوم بضغط ذرّات المادة، وكلما خضعت المادة لضغط أكبر ازداد انضغاط ذرّاتها وأصبحت أكثر تلاصقاً؛ وكلما انخفض الضغط على تلك المادة قل انضغاط ذرّاتها، ما يؤدي إلى التباعد فيما بينها.

إن الضغط في أعماق الأرض هائل جداً بسبب وزن الصخور التي تقع فوقها وتقوم بالضغط عليها. وهذا الضغط الهائل يُمكن أن يحوّل الفحم إلى ماس. كما أن درجة الحرارة مرتفعة في تلك الأعماق، ما يسبب انصهار الصخور.

 

إن للهواء وزناً يضغط علينا وعلى كل الأجسام الموجودة على سطح الأرض، كما أن ضغط الهواء عند مستوى سطح البحر يماثل ضغط بقرة جاثمة على طبق طعام، وكلما ارتفعتَ إلى أعلى الغلاف الجوي تناقص الهواء من فوقك، أي إن ضغط الهواء يكون منخفضاً.

ويسمح الضغط المنخفض للماء بالغليان عند درجة حرارة منخفضة. ففي أعالي جبل إفرست، على سبيل المثال، يكون الماء المغلي بارداً بحيث يمكن شربه.

كما أن الماء يغلي تحت درجات حرارة عالية تحت ضغط مرتفع. ولابدّ أنك تعلم أن الطعام ينضج في فترة قصيرة إذا استخدمت القدور الكاتمة.

 

فعندما يتم تسخين القدر الكاتم بمحتوياته يرتفع ضغط الهواء المحبوس داخل القدر، وذلك نظراً لتزويده بصمام يسمح للبخار والماء بالتسرب بمعدل بطيء.

ولأن ضغط الهواء يكون كبيراً داخل القدر فإن الماء بداخله يغلي عند درجات حرارة أعلى من درجة حرارة غليانه في الأحوال الاعتيادية، ما يؤدي إلى إنضاج الطعام في وقت أقصر.

 

التزلج على الماء

يتمتع الماء بخواص غير عادية، فعلى عكس أي مادة أخرى تقريباً، يشغل الماء في حالة التجمد حجماً أكبر ما يشغله في حالة السيولة، والسبب في ذلك هو أن العوامل التي تجعل جزيئات الماء متماسكة تجعل تلك الجزيئات تتجمد تاركة فراغاً واسعاً فيما بينها، وهذا ما يجعل مكعبات الثلج تطفو في كأس الماء.

عندما نضع الجليد تحت الضغط فإننا نخفض من مقدار الحيّز الذي تشغله الجزيئات، لذلك فإن الجليد القاسي يتحول إلى ماء سائل.

ويحدث ذلك عندما تضغط على الثلج كي تشكل كرة ثلجية مثلاً، وينصهر الثلج قليلاً عندما تضغط عليه بيديك، ولكن عندما توقف الضغط يتحرر الضغط ثم يتجمد الماء من جديد مكوّناً كرة متماسكة.

 

نستطيع التزلج على الجليد لأن ضغط حذاء التزلج يجعل الطبقة الخارجية للجليد تذوب وتخفف الاحتكاك بين الحذاء والجليد. وعند إزالة الضغط – مع اندفاع المتزلج نحو الأمام – يتجمد الجليد.

وهناك عملية أخرى ساعد على التزلج. يولّد الاحتكاك بين حذاء التزلج والجليد حرارة تساعد على انصهار طبقة الجليد السطحية الرقيقة التي تلامس حذاء التزلج.

 

وبالتالي تستطيع التزلج على طبقة الجليد الرقيقة المنصهرة. وعندما تتحرك نحو الأمام يتحرر الضغط ويتجمد الماء من جديد.

من الصعوبة بمكان أن تراقب هذه العملية بالنظر إلى قدميك أثناء التزلج، لأنك ستقع إن فعلت ذلك! لكن النشاط التالي سيعرض أثر الضغط على درجة انصهار الجليد بصورة أكثر أماناً.

 

ضغط الأرض

يكون الضغط تحت أعماق صطح الأرض عالياً بما يمكنه من تحويل الفحم إلى ماسّ. يتغير في تلك الأعماق الترتيب الذرّي ويصبح الفحم الأسود ماساً شفافاً.

وفي تلك الأعماق أيضاً تنصهر الصخور الحارة. وعندما تتحرك الصفائح التي تشكل سطح الأرض، تتصدع الفتحات أو تنشطر عند السطح، كما يتحرر الضغط على الصخور السائلة أو الصخور البركانية المنصهرة، ما يؤدي إلى اندفاع تلك الصخور المنصهرة نحو السطح.

 

وفي الوقت نفسه تتمدد الغازات في الصخور المنصهرة وتصل إلى السطح على شكل سحابات من الغازات السامة.

ومتى وصلت تلك الصخور المنصهرة إلى سطح الأرض تحولت إلى حمم بركانية، ويكون الضغط ودرجة الحرارة عند السطح منخفضين كثيراً، وبالتالي تبرد الحمم البركانية وتتحول إلى كتل صلبة.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]