أكتشف بنفسك : الصفحة الرئيسية > تبادُل > مواد و خامات > سؤال/ جواب
ما هو التبخر وما هو الغليان؟
١٧/١١/٢٠٠٣
تاريخ
 
سؤال من
 
بعد أن قام التلاميذ بتخيل ثم إعداد ثم تنفيذ بعض التجارب التي تتناول تغير حالة المادة بقي سؤال معلق… يجف الغسيل المنشور وتختفي برك الماء الصغيرة بفناء المدرسة لتبخر الماء منها، ولكن لاحظ التلاميذ وسلموا بتبخر الماء عند درجة حرارة معينة وهي ١٠٠° تقريبا ومع ذلك لا يبلغ الماء بالغسيل المنشور ليجف داخل المنزل أو على حبل بالحديقة ولا ماء البرك الصغيرة تلك الدرجة فلماذا إذاً يتبخر الماء؟ ولطالما أثارت مسألة درجات الحرارة هذه كمثال على تغير حالة المادة فضولي، فعند إخراج الزبد من الثلاجة فهي تكون جامدة ثم تصير طرية عند تركها على طاولة بالمطبخ ثم تسيل عند تسخينها بمقلاه، فلماذا لا تتحول تماما إلى سائل إذا تركته على الطاولة لمدة ثلاثة أيام؟ وشكرا.
 

 
 
٠٩/١٢/٢٠٠٣
تاريخ
 
إجابة من
 
إن تلك الأسئلة لأسئلة وجيهة أخفق العديد من أساتذتي في الإجابة عليها في أثناء فترة دراستي… بالنسبة للتبخر اقترح عليكم تجربة تخيلية صغيرة، وأعرف أن الناس بموقع (اكتشف بنفسك) يفضلون التجارب الحقيقية ولكن من الجيد أحيانا تشغيل مخيلتنا لفهم طبيعة الأشياء، فلنأت بوعاء محكم الإغلاق وصلب وفارغ تماما (بمعنى فارغ حتى من الهواء) ولنملأ جزءا منه بالماء عند درجة حرارة الغرفة (ولنقل٢٠°)، فسنحصل إذا في بادئ الأمر على ماء وفراغ ولكن هل سيبقى الحال على ما هو عليه؟ لا فإن جزءا من جزيئات الماء سيتحرر من السائل ويكون على سطح الماء غازا (بخار الماء) الذي سيملأ الفراغ، وتتوقف تلك العملية عند بلوغ الغاز لضغط معين، وبالتالي حتى في درجة حرارة الغرفة يصبح الماء السائل في توازن مع كمية قليلة من بخار الماء، وتشبه تلك العملية ما يحدث في الهواء مما يسمح بتجفيف الغسيل ويشرح سبب تفضيل تجفيفه حيث يوجد هواء عن تجفيفه بغرفة مغلقة. حيث تكون عملية التبخر أسرع عند التخلص من جزيئات الماء لمنع "ضغط بخار الماء" من التصاعد؛ وعند درجة حرارة أعلى من ١٠٠° وعند الضغط الجوي الطبيعي تتحول العملية من عملية تبخر بسيطة إلى عملية الغليان بمعنى عدم تمكن الماء من الوجود بصورة سائلة، ويختفي التوازن بين السائل والغاز حيث يتحول كل الماء إلى الحالة الغازية؛ أما بالنسبة للزبدة فالوضع أكثر تعقيدا ! فالزبدة ليست بجسم نقي كالماء فلا داعي لأن تتغير خصائصها بطريقة سريعة مع التغير في درجات الحرارة، فالزبدة مستحلب ماء ودهن (عكس الحليب إذا أردنا التبسيط) وينتج عن الجمع بينهما خصائص ميكانيكية دقيقة يصعب شرحها.
 
 
ما هو التبخر وما هو الغليان؟

 
 
١٧/١٢/٢٠٠٣
تاريخ
 
إجابة من
 
صباح الخير، كنت أفضل بعض التوضيحات بخصوص التجربة التي قمتم بها والمناقشة التي ترتب عليها جملة "لاحظ التلاميذ وسلموا بتبخر الماء عند درجة حرارة معينة وهي ١٠٠° تقريبا"، "لاحظوا" عن طريق استخدام ترمومترا؟ وأين يوجد الماء الذي تبخر؟، و"سلموا" بذلك لقراءتهم عنه؟ أم تم إخبارهم به؟ يتحكم الوصف الدقيق لظروف التجربة بالتفسير الناتج…. وإليك بعض النقاط للإجابة على سؤالك: يتبخر الماء بالشارع أو بالفصل عند أي درجة حرارة تتراوح بين صفر و١٠٠°، ويتبخر الماء بالبرك الصغيرة إذا كان الهواء جافا وعند وجود رياح بطريقة أسرع من تبخره بعد مرور عاصفة حين يكون الهواء رطبا، ويمتزج أثناء التبخر بخار الماء (غاز غير مرئي) بالهواء المحيط، ثم تظهر ظاهرة جديدة عند بلوغ درجة حرارة الماء ١٠٠° بالفصل أو بالمطبخ وهي حدوث التبخر مع ظهور فقاعات بالسائل (ومن هنا يأتي الاسم غليان)، فيعلو الماء المغلي بخار الماء فقط (غاز غير مرئي) الذي يبرد عند ابتعاده بالهواء ثم "يتكثف" على هيئة سحابة صغيرة، ويحدث التغير بحالة المادة مثل الذوبان والغليان عند ضغوط ودرجات حرارة معينة لدى الأجسام "البسيطة" فقط مثل الماء والأكسجين والبوتان والفضة… وهذا ليس بحال الزبدة كما لاحظتم حيث تتسبب تركيبتها "المعقدة" في تطريتها قبل إذابتها.
 
 
ما هو التبخر وما هو الغليان؟

 
 
١٣/١٢/٢٠٠٣
تاريخ
 
إجابة من
 

يبدو لى هذا السؤال في غاية الوجاهة لوجود العديد من الظواهر أمام أعيننا بصفة مستمرة ولا يفكر الإنسان في التساؤل عنها ! ومع ذلك فالإجابة ليست سهلة ولكني سأخاطر بالشرح، والشرط الوحيد هو اتباع كل الخطوات عن طريق تبني تلك الطريقة في رؤية الأشياء (على الأقل بصفة مؤقتة) كما يتوجب لفهم هذا الشرح معرفة أن السائل يتكون من جزيئات مرتبطة ببعضها البعض وتتحرك وتنزلق فوق بعضها البعض بصفة مستمرة وأن الغاز المضاهي له يتكون من نفس تلك الجزيئات ولكنها تصبح أكثر ثورة (أكثر حركة) وبعيدة عن بعضها البعض.
• هل يعد الماء السائل سائلا فقط؟ يكون الماء سائلا عندما تتراوح درجة حرارته بين صفر و١٠٠° وعند ضغط يساوي الضغط الجوي، وتكون جزيئات هذا السائل (الحبات الصغيرة التي يتكون منها) في حالة حركة مستمرة ودائمة الارتباط ببعضها البعض، وتتكون التفاعلات بينها وتنفك مليار مرة بالثانية الواحدة ولا تمتلك كل تلك الجزيئات نفس الطاقة (فبعضها بطئ والآخر نشيط فيما يتعلق بالحركة والانتقال والدوران والاهتزاز) ولكن يتناسب متوسط طاقتها مع درجة حرارة السائل وهذ١ ما نكتشفه سريعا؛ ولبعض جزيئات الماء طاقة كافية لتحررها من سطح السائل وهذا ما يفسر وجود كمية من جزيئات الماء بهيئة غاز فوق سطح الماء؛ ويساوي الضغط الكلي على سطح السائل ١ بار دائما ويوجد عدد أقل من جزيئات الهواء نتيجة دفع جزيئات الماء لها عند تحررها من السائل ويمكن تشبيه ذلك بمجموعة من الراقصين المرتدين لملابس بيضاء والمتفرقين على حلبة رقص ضخمة (جزيئات الهواء) ويتم تحديد حلبة الرقص بحائط يجلس بمحاذاته مجموعة أخرى من الراقصين بملابس زرقاء (جزيئات الماء) فإذا قام أقل هؤلاء الراقصين صبرا للرقص سيمتزجون تدريجيا بالآخرين الذين سيتباعدون لإتاحة مكانٍ لهم، ويتم الحفاظ على التوازن (بين جزيئات الماء السائل والجزيئات التي يتكون منها الغاز أعلى سطح الماء) لأنه عند تحرر بعض جزيئات الماء تسقط جزيئات أخرى فيه ويزداد عدد الجزيئات المتحررة كلما ارتفعت درجة الحرارة، وفي هذه الحالة سيزيد عدد الجزيئات المتحررة من السائل وسيزداد كذلك عدد الجزيئات المتساقطة فيه بالوحدة الزمنية مما يعني أن التوازن مازال موجودا ولكن تم نقله مما يجعل الهواء أعلى السائل أكثر "رطوبة" بكل بساطة.
• لماذا إذاً يتبخر الماء بالغسيل أو بالبرك الصغيرة حتى ينتهي بالاختفاء؟ إذا كان هناك رياح آتية من منطقة أقل رطوبة ستقوم بنقل الجزيئات الغازية المتحررة من السائل والتي يتم استبدالها فورا بجزيئات أخرى، أما الجزيئات التي تستمر في التحرر نتيجة لامتلاكها للطاقة اللازمة لذلك لا يسقط مكانها جزيئات أخرى بما أن الرياح جافة، والنتيجة الأولى لذلك هي تمكن الماء من التبخر تدريجيا بدون غليان وهذا هو أساس طرقة عمل مجفف الشعر، حيث ينفث هواءً جافا يستدرج رطوبة الهواء التي تحيط بالشعر حتى يتم تجفيفه؛ انتبه: يجب أن يكون الهواء المنفوح من مجفف الشعر جافا تماما ويجب تذكر فتح باب الحمام في أثناء القيام بتجفيف الشعر حتى تحصل على أفضل النتائج. ! والنتيجة الثانية هي: تنخفض درجة حرارة الماء الذي يفقد جزيئاته السريعة ولهذا السبب نشعر بالبرد عند الخروج من الماء ولهذا السبب أيضا ننفخ في الحساء ليبرد…إلخ.
• ماذا سيحدث الآن إذا تم تسخين هذا الماء؟ عند تسخين الماء ستزيد كمية الجزيئات المتحررة من السائل ويزيد معها نسبة الماء في الهواء وكذلك عدد الجزيئات المتساقطة فيه بالوحدة الزمنية، في حالة وجود رياح يتبخر الماء بسرعة أكبر، والمبدأ الثاني في طريقة عمل مجفف الشعر هو سماح حرارة الهواء الساخن بتسخين الماء الذي بدونه ستحرم من جزيئاته الأكثر سرعة فيبرد ويتبخر بصعوبة أكبر وبالتالي فدور نظام التسخين بمجفف الشعر ليس تبخير الماء ولكن تعويض الطاقة المفقودة في أثناء تبخرها تحت تأثير تيار الهواء لذا يتم اختيار مجفف شعر ينفث الهواء بقوة ويسخنه بطريقة معتدلة.
• ولكن ماذا يعني "اللغليان" إذاً ؟ يوجد بخار الماء فوق سطح السائل عند ضغط ١ بار وقد حل الماء محل الهواء تماما أو بطريقة أخرى قام الراقصون بالملابس الزرقاء نتيجة لازدياد عددهم بدفع الآخرين، وعند الاستمرار في تسخين الماء تتحرر كمية إضافية من الجزيئات من السائل ويميل الضغط أعلاه إلى تخطي ١ بار وعلى الرغم من ذلك فهو مستحيل، فإذا كان تعدي الضغط ١ بار أعلى الماء سينتج عنه حركة انتقالية للكتلة الغازية نحو المنطقة ذات الضغط الأضعف وبهذه المرة يتحرر الماء حقيقة من السائل ويبتعد، أو بطريقة أخرى سيحتل الراقصون الزرق كل المسافة بطول الحائط ولكن سيكون عددهم أكبر من عدد الراقصين البيض وبعيدا حيث لا يوجد راقصون زرق؛ ويمكن بالتأكيد لهذا الدفع الذي تمارسه جزيئات الماء المتحررة من السائل أن يتولد ابتداءا من باطن السائل، فان الحديث هنا عن غليان.
• وماذا بعد أول فقاعة؟ عندما تتحرر تلك الجزيئات كما حدث في السابق تصطحب معها طاقة من السائل الذي يبرد نتيجة لذلك، فإذا تم تسخين الماء البالغ درجة غليانه لمدة أطول ستتبخر بعض الجزيئات حاملة معها الزيادة في الطاقة التى اكتسبها السائل، وهذا هو الرد على السؤال الثاني : هل درجة حرارة تبخر الماء ثابتة؟ أما فيما يخص الزبدة فأترك الرد إلى عناية زملائى لتكملة تلك الإجابة الطويلة بما فيه الكفاية والتي أتمنى أن تكون واضحة.

 
 
أدوات
© اكتشف بنفسك ٢٠٢٤