آزمایشی جالب و خاصیت های زیبای آب

آیا با آب جوش می توان آب را جوشاند ؟ با برف چطور؟

 

       یک بطری کوچک یا شیشه خالی دارو را بگیرید، آن را از آب پر کرده و در ظرف پر آب دیگری که روی آتش قرار دارد بگذارید، به طوری که ته شیشه با کف ظرف تماس نداشته باشد. برای آن که ته شیشه به کف ظرف نچسبد بایستی شیشه را به وسیله سیمی آویزان نگه دارید. لابد فکر می کنید وقتی که آب ظرف می جوشد آب شیشه هم بجوشد. ولی هر قدر انتظار بکشید این تصور عملی نخواهد شد. البته آب داخل شیشه خیلی داغ خواهد شد، ولی هرگز به جوش نخواهد آمد، نتیجه آنکه آب جوش آن قدر داغ نیست که بتواند آب را بجوشاند.

نکته شگفت آوری است، ولی خلاف انتظار نیست. زیرا برای اینکه آب را بجوشانند، کافی نیست که آنرا فقط تا 100 درجه سانتیگراد گرم کنند. حرارت بیشری لازم است تا آب را از حالت مایع به حالت بعدی اش ، بخار ، در آورد.

آب خالص در 100 درجه به جوش می آید و در شرایط متعارفی هر قدر هم به آن گرما بدهیم دمای آن از این حد بالتر نمی رود. این بدان معنی است که منبع حرارتی که ما برای گرم کردن آب داخل شیشه از آن استفاده می کنیم بیش از 100 درجه گرم نیست؛ بدین ترتیب می تواند درجه حرارت آب شیشه را فقط به 100 درجه برساند. همین که درجه حرارت دو طرف برابر شد دیگر آب ظرف هیچ گرمایی به آب داخل شیشه نمی دهد.  

        خلاصه کنیم؛ با این روش ما می توانیم آب شیشه را تا 100 درجه گرم کنیم، اما نخواهیم توانست آن مقدار گرمای اضافی را که برای تبدیل آب به بخار لازم است به آن بدهیم. (هر یک گرم آبی که دمای آن صد درجه است بیش از 500 کالری دیگر گرما لازم دارد تا تبخیر شود). به این جهت است که آب شیشه با اینکه داغ است نمی جوشد.

ممکن است بپرسید بین آب داخل شیشه و آب داخل ظرف چه تفاوتی است. مگر نه این است که آب هر دو یکی است و فقط یک جدار شیشه ای آن دو را از هم جدا کرده است؟ علت آن فقط همین دیوار شیشه ای است که نمی گذارد آب داخل شیشه در حرکات آب داخل ظرف شرکت کند و با آن مخلوط شود. ذرات آب داخل ظرف بر اثر جریانات داخلی خود مستقیماً با ته داغ ظرف برخورد می کنند و حال آنکه آب داخل شیشه فقط با جدار شیشه تماس پیدا می کند و جدار هم تنها با آب جوش داخل ظرف تماس دارد و نمی تواند از آن گرمتر شود.

        پس، به طوری که گفته شد، با آب خالص جوشان نمی توان آب را جوشاند. اما همین که مقداری نمک به آب داخل ظرف اضافه کنیم وضع عوض می شود؛ نقطه جوش آب نمک کمی بیش از صد درجه است، در نتیجه می تواند آب خالص داخل شیشه را به جوش آورد.

آیا با برف می توان آب را جوشاند؟

        یقیناً خواهید گفت وقتی آب جوشان از عهده این کار بر نیاید دیگر چگونه می توان صحبت از برف به میان آورد؟ ولی بهتر است در قضاوت عجله نکنید و فعلاً با همان شیشه آب آزمایش قبل، آزمایش زیر را انجام دهید، آن را تا نیمه آب کنید و در آب نمک جوشان فرو ببرید؛ همین که آب شروع به جوشیدن کرد شیشه را بیرون بیاورید و فوراً در آن را محکم ببندید. شیشه را وارونه کنید و قدری صبر کنید تا آب از جوش بیفتد. حال اگر آب جوش روی شیشه بریزید ملاحظه خواهید کرد که آب داخل آن نخواهد جوشید. اما وقتی که کمی برف روی ته شیشه بگذارید و یا، مختصری آب سرد روی آن بریزید می بینید که آب داخل شیشه فوراً شروع به جوشیدن می کند. به طوری که ملاحظه می کنید کاری که آب جوش از عهده اش بر نیامد برف انجام داد!

عجیب بودن این مسئله بیشتر در آن است که وقتی انگشت روی شیشه می گذارید، می بینید چندان داغ نیست و با این همه کاملاً پیداست که درون شیشه در حال جوشیدن است.

راز این مسئله در این واقعیت است که برف جدار شیشه را سرد می کند و در نتیجه بخار درون شیشه به صورت مایع در می آید. اما آب که قبلاً در حال جوش بوده هوای داخل شیشه را بیرون رانده است. اکنون وقتی که بخار به صورت مایع در می آید، فشار داخل خیلی کم می شود. و به طوری که می دانید وقتی فشار کم است مایعات در دمای پایین تری به جوش می آیند. بدین ترتیب درست است که با آب درون شیشه در حال جوشیدن است، اما این آب جوش داغ نیست.

اگر جدار شیشه نازک باشد میعان ناگهانی بخار درون آن ممکن است چیزی شبیه به یک انفجار کوچک به وجود آورد. فشار هوای خارج چون در مقابل خود مقاومت کافی از ناحیه داخل شیشه نمی بیند آن را خرد می کند. (البته باید گفت که لفظ انفجار در این مورد چندن مناسب نیست). بنابراین سعی کنید شیشه ای کروی شکل انتخاب کنید تا فشار هوای خارج بر قسمت گنبدی شکل وارد شود.

بی خطر تر از همه آن است که این آزمایش را با یک قوطی حلبی انجام دهید. مقداری آب در آن بریزید و بجوشانید؛ سپس قوطی را از روی آتش بردارید، در آن را محکم ببندید و آب سرد روی آن بپاشید. بخار داخل قوطی وقتی سرد شد به صورت مایع در می آید و قوطی بر اثر فشار هوای خارج مچاله می شود، به طوری که گویی با چکش سنگینی قوطی را کوبیده اند.