جنرال لواء

أسرع سخان مياه في العالم يصل إلى 100،000 درجة في 0.000.000.000.000 075 ثانية


طور العلماء مؤخرًا أسرع سخان مياه في العالم بطاقة كافية لتسخين المياه من درجة حرارة الغرفة إلى 100000 درجة مئوية في أقل من أ عشر بيكو ثانيةأو من مليون من المليون من الثانية.

في دراسة جديدةتسخين فائق السرعة غير حراري للمياه يبدأ بواسطة ليزر إلكترون حر بالأشعة السينيةقام الباحثون بتفجير جزيئات الماء بأشعة إكس القوية لإنتاج حالة غريبة من الماء - حالة يريد العلماء معرفة المزيد عنها. يساعد بحثهم ، الذي تم إجراؤه في مختبر المسرع الوطني SLAC التابع لوزارة الطاقة ، العلماء على فهم أفضل للخصائص المميزة التي يتم ملاحظتها مع الماء عند درجات حرارة تتجاوز نقطة البلازما.

يظهر الأكسجين (الأحمر) والهيدروجين (الأبيض) في محاكاة بضع أجزاء من الثانية في التجربة. بعد 69 فيمتوثانية فقط من التجربة ، ينقسم الماء بالكامل تقريبًا إلى جزيئات فرعية.

السخانات التقليدية وأفران الميكروويف

تعتبر المواقد والأفران من أكثر طرق التسخين التقليدية المستخدمة عادةً. منذ آلاف السنين ، كان الناس يقومون بتسخين الأشياء ببساطة عن طريق نقل حرارة جسم إلى آخر. اليوم ، قام الميكروويف بتحديث العملية بتقنية مثيرة للاهتمام بشكل خاص - إشعاع - على وجه التحديد، إشعاع الميكروويف.

المايكرويف هي شكل من أشكال الاشعاع الكهرومغناطيسي يشيع استخدامها في الراديو والتلفزيون والأجهزة الخلوية من بين العديد من الأجهزة الأخرى. على الرغم من الاسم المثير للقلق ، فإن الموجات الدقيقة غير مؤينة ، مما يعني أنها غير قادرة على تجريد الذرات من إلكتروناتها.

داخل فرن الميكروويف ، تعمل الموجات بتردد تمتصه جزيئات الماء بسهولة. تمتص الجزيئات الفردية الموجات ، مما يجعلها تهتز. ثم يتم امتصاص الطاقة التي يكتسبونها من خلال الجزيئات المحيطة بجزيء الاهتزاز المستهدف. ثم يتم توزيع الطاقة في جميع أنحاء الجسم ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته الإجمالية.

كيف يعمل أسرع سخان مياه في العالم

على الرغم من التقدم الضئيل نسبيًا في تقنيات التدفئة منذ استخدام الميكروويف ، فإن التطورات الحديثة تشير إلى نهج جديد تمامًا لتسخين المياه تمامًا. على الرغم من أن هذا النهج يعتمد على تقنيات معروفة سابقًا للعلم ، إلا أنه يبحث في طريقة جديدة تمامًا لتسخين المياه بشكل أسرع من أي شيء من قبل.

ومع ذلك ، يعتمد النظام على آلية تشبه في البداية آلية الميكروويف التقليدي. في البداية ، يتم إطلاق الموجات الكهرومغناطيسية (الأشعة السينية في هذه الحالة) باتجاه جسم مائي يمتص الطاقة بسهولة.

قال الباحث الرئيسي كالمان من مركز علوم الليزر للإلكترون الحر (CFEL) في DESY وجامعة أوبسالا (السويد): "إنها بالتأكيد ليست الطريقة المعتادة لغلي الماء". "عادةً ، عندما تسخن الماء ، ستهتز الجزيئات أقوى وأقوى."

ليس نظامًا عاديًا

ما يجعل التقنية الجديدة مختلفة في كيفية استمرار تسخين الماء. مع ارتفاع درجة الحرارة بسرعة ، تصبح الإلكترونات في الجزيئات متحمسة للغاية بحيث لا تستطيع النواة التمسك بها. عند نقطة معينة ، يتم إطلاق الإلكترونات من الذرة تاركة وراءها زوجًا من جزيئات الهيدروجين والأكسجين الفردية كشحنات موجبة.

تتكرر العملية بشكل عشوائي في جميع أنحاء الجسم المائي مما يؤدي إلى تراكم سريع للشحنة الموجبة. الشحنات الموجبة داخل الماء شديد الحرارة تتنافر بعنف ، وتجبر بعضها البعض في اتجاهين متعاكسين. والنتيجة هي إطلاق هائل للطاقة على شكل حرارة.

أكد كالمان أن "تدفئةنا مختلفة اختلافًا جوهريًا". "تعمل الأشعة السينية النشطة على إخراج الإلكترونات من جزيئات الماء ، وبالتالي تدمير توازن الشحنات الكهربائية. لذلك ، فجأة تشعر الذرات بقوة طاردة قوية وتبدأ في التحرك بعنف. "

في أقل من 75 من المليون من المليار من الثانية أو 0.000 000 000 075 ثانية، يتحول الماء من مرحلة السائل إلى البلازما. ومع ذلك ، فإن التغيير سريع جدًا بحيث لا تتاح للماء فرصة للغليان في البخار أولاً كما هو الحال في تقنيات الغليان التقليدية.

قال المؤلف المشارك أولوف جونسون من جامعة أوبسالا: "بينما يتحول الماء من سائل إلى بلازما ، فإنه لا يزال عند كثافة الماء السائل ، حيث لم يكن لدى الذرات الوقت للتحرك بشكل كبير بعد". وله خصائص مشابهة لبعض البلازما الموجودة في الشمس والعملاق الغازي كوكب المشتري ، لكن كثافة أقل. وفي الوقت نفسه ، يكون الجو أسخن من نواة الأرض ".

أهمية الحفاظ على الحرارة

يأمل العلماء من خلال أبحاثهم في اكتساب فهم أكثر شمولاً لكيفية تفاعل الماء مع العالم من حوله. على الرغم من كونه مجال دراسة متخصص بشكل خاص ، إلا أنه يعتمد على مادة لا يمكننا العيش بدونها.

"الماء حقًا سائل غريب ، ولولا خصائصه الفريدة ، فلن تكون العديد من الأشياء على الأرض كما هي ، وخاصة الحياة".

أوضح المؤلف المشارك Nicusor Timneanu من جامعة أوبسالا: "تمنحنا الدراسة فهمًا أفضل لما نفعله لعينات مختلفة". "ملاحظاته مهمة أيضًا في الاعتبار لتطوير تقنيات لتصوير جزيئات مفردة أو جزيئات دقيقة أخرى باستخدام ليزر الأشعة السينية."

على الرغم من انتشاره ، إلا أن الماء ضروري للحياة. أي معرفة بمثل هذا القوت الحيوي يمكن أن يثبت يومًا ما أنه لا يقدر بثمن.

أكد Jönsson "الماء حقًا سائل غريب ، ولولا خصائصه المميزة ، فلن تكون أشياء كثيرة على الأرض كما هي ، خاصة الحياة".


شاهد الفيديو: إصلاح مشكل ولاعة سخان الماء chauffe eau junkers automatique briquet ne fonctionne pas (كانون الثاني 2022).