دانشیار جاناتان بوریکو و مجتبی عدالت پور فارغ التحصیل خواص آب هستند که می تواند به پدیده ای که بیش از دو قرن پیش ایجاد شده است افزوده هیجان انگیزی باشد. این کشف همچنین حاوی امکانات جالبی برای دستگاه‌ها و فرآیندهای خنک‌کننده در کاربردهای صنعتی است که فقط از خواص اولیه آب استفاده می‌کنند. کار آنها در 21 ژانویه در مجله منتشر شد مایعات معاینه فیزیکی.
آب می تواند در سه فاز وجود داشته باشد: جامد منجمد، مایع و گاز. هنگامی که حرارت به یک جامد یخ زده اعمال می شود، به مایع تبدیل می شود. هنگامی که به مایع اعمال می شود، به بخار تبدیل می شود. این اصل اساسی برای هر کسی که یک فنجان چای سرد را در یک روز گرم تماشا کرده است یا یک قابلمه آب را برای تهیه اسپاگتی جوشانده است آشناست.
هنگامی که منبع گرما به اندازه کافی داغ است، رفتار آب به شدت تغییر می کند. به گفته Boreiko، یک قطره آبی که روی صفحه آلومینیومی که تا دمای 150 درجه سانتیگراد (302 درجه فارنهایت) یا بیشتر گرم شده است، دیگر نمی جوشد. در عوض، بخاری که هنگام نزدیک شدن قطره به سطح ایجاد می‌شود، در زیر قطره محبوس می‌شود و یک بالشتک ایجاد می‌کند که از تماس مستقیم مایع با سطح جلوگیری می‌کند. بخار محبوس شده باعث می شود مایع معلق شود و مانند یک توپ هاکی هوا در اطراف سطح گرم شده سر بخورد. این پدیده به عنوان اثر لیدنفراست شناخته می‌شود که به نام پزشک و الهی‌دان آلمانی که برای اولین بار آن را در سال 1751 توصیف کرد، نامگذاری شد.
این اصل علمی پذیرفته شده عمومی در مورد آب به عنوان مایعی که روی لایه ای از بخار شناور است صدق می کند. تیم Boreiko تعجب می کند: آیا می توان یخ را به همین شکل ارائه کرد؟
Boreiko گفت: "مقالات زیادی در مورد مایع معلق وجود دارد، ما می خواستیم در مورد شناور شدن یخ بپرسیم." "این به عنوان یک پروژه کنجکاو شروع شد. آنچه مطالعه ما را برانگیخت این سوال بود که آیا می توان اثر سه فازی لیدنفراست را با جامد، مایع و بخار داشت یا خیر.
وارد شدن به یخ
کنجکاوی اولین تحقیق را در آزمایشگاه Boreiko حدود پنج سال پیش در قالب یک پروژه تحقیقاتی توسط دانشجوی آن زمان دانیل کوسومانو آغاز کرد. چیزی که او تماشا می کرد بسیار جذاب بود. حتی زمانی که آلومینیوم در دمای بالای 150 درجه سانتیگراد گرم می شود، یخ مانند مایع روی بخار معلق نمی ماند. کوسومانو به افزایش دما ادامه داد و رفتار یخ را با افزایش گرما مشاهده کرد. چیزی که او دریافت این بود که آستانه شناور شدن به شدت بالاتر بود: 550 درجه سانتیگراد (1022 فارنهایت)، نه 150 درجه سانتیگراد. تا این آستانه، آب مذاب زیر یخ به جای تأثیر لیدنفراست، در تماس مستقیم با سطح به جوشیدن ادامه می دهد. .
زیر یخ چه خبر بود که جوشش را طولانی کرد؟ مدت کوتاهی پس از آن، این پروژه توسط دانشجوی فارغ التحصیل Moytaba Edalatpur برای حل این معما انجام شد. عدالت پور در حال همکاری با Boreyko برای توسعه روش های جدید انتقال حرارت و به کارگیری این دانش برای کار در رویکرد به این مشکل است. معلوم شد که پاسخ، اختلاف دما در لایه آب مذاب زیر یخ است. لایه آب مذاب دو حد متفاوت دارد: کف آن می جوشد که دمای آن را در حدود 100 درجه سانتیگراد ثابت می کند، اما قسمت بالایی آن به بقیه یخ می چسبد که آن را در حدود 0 درجه سانتیگراد ثابت می کند. مدل عدالت پور نشان می دهد که حفظ این دما. دمای شدید دیفرانسیل بیشتر گرمای سطح را مصرف می کند، که توضیح می دهد که چرا شناور شدن برای یخ دشوارتر است.
بوریکو توضیح داد. "تفاوت دمایی که یخ به طور منحصر به فرد از طریق لایه آب ایجاد می کند، آنچه را که در خود آب اتفاق می افتد تغییر داده است، زیرا بیشتر گرمای اجاق گاز اکنون باید از آب عبور کند تا این تفاوت استثنایی حفظ شود. بنابراین تنها بخش کوچکی از انرژی اکنون می تواند برای تولید بخار استفاده شود.
دمای بالا 550 درجه سانتیگراد عملا برای اثر یخ Leidenfrost مهم است. آب جوش به طور بهینه حرارت را از پایه خارج می کند، به همین دلیل است که احساس می کنید گرمای زیادی از دیگ آب در حال جوش بالا می رود، اما از دیگ آبی که فقط داغ است، گرما بالا نمی رود. این بدان معناست که دشواری معلق کردن یخ در واقع چیز خوبی است، زیرا یک پنجره دمای جوش بزرگتر در مقایسه با استفاده از مایع تنها منجر به انتقال حرارت بهتر می شود.
Boreiko گفت: "معروف کردن یخ بسیار سخت تر از یک قطره آب است." انتقال حرارت به محض شروع شناور کاهش می یابد، زیرا وقتی مایع معلق می شود، دیگر نمی جوشد. به جای اینکه لمس شود، بالای سطح شناور می شود و لمس کردن آن چیزی است که باعث تبخیر گرما می شود. بنابراین، برای انتقال حرارت، شناور شدن افتضاح است. جوشش شگفت انگیز است."
استفاده از یخ برای انتقال گرما
در حالی که تیم احتمالات را برای کاربرد عملی بررسی کرد، آنها کار موجود خود را بررسی کردند. از آنجایی که عدالت پور در زمینه انتقال حرارت تحقیقات عمیقی داشت، این موضوع منطقی شد.
انتقال حرارت برای خنک کردن چیزهایی مانند سرورهای کامپیوتر یا موتورهای خودرو بسیار مهم است. به ماده یا مکانیزمی نیاز دارد که بتواند انرژی را از سطح داغ حذف کند و گرما را به سرعت توزیع کند تا ساییدگی و پارگی قطعات فلزی کاهش یابد. در نیروگاه‌های هسته‌ای، استفاده از یخ برای القای خنک‌سازی سریع می‌تواند به یک اقدام اضطراری قابل اجرا در صورت قطع منبع تغذیه یا یک روش معمول برای سرویس‌دهی بخش‌های نیروگاه تبدیل شود.
همچنین کاربردهای بالقوه ای در متالورژی وجود دارد. برای تولید آلیاژها باید گرمای فلزاتی را که در یک بازه زمانی باریک تشکیل شده اند خاموش کرد که باعث می شود فلز قوی تر و شکننده تر شود. اگر یخ اعمال شود، این اجازه می دهد تا گرما به سرعت از طریق سه فاز آبی پخش شود و به سرعت فلز خنک شود.
Boreiko همچنین پتانسیل را برای کاربردهای آتش نشانی پیش بینی می کند.
او گفت: "می توانید تصور کنید که یک شلنگ مخصوص ساخته شده دارید که تراشه های یخ را اسپری می کند، نه یک جت آب." "این یک داستان علمی تخیلی نیست. من از یک شرکت هوافضا بازدید کردم که یک تونل یخ دارد، و آنها قبلاً این فناوری را دارند که از یک نازل برای پراکندگی ذرات یخ به جای قطرات آب استفاده می کند."
با امکانات بیشمار، Boreiko و Edalatpur در مورد سهم جدیدی که به دنیای علم آمده است هیجان زده هستند. با نگاهی به گذشته در پنج سال گذشته، آنها هنوز این پیشرفت هیجان انگیز را به جرقه مشترک کنجکاوی و تمایل به خلاقیت در تحقیق نسبت می دهند.
نقل قول: استفاده از یخ برای جوشاندن آب: یک محقق به کشفی در مورد انتقال حرارت می‌پردازد که به اصل قرن هجدهم (2022، 21 ژانویه)، استخراج شده در 22 ژانویه 2022 از https: // phys.org / news / 2022-01 گسترش می‌یابد. -ice-discovery-18th-stury -principle.html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- آماده می شود برای شستن موهای خود را و پرداخت COVID-19 هزینه. سفر خود را به سالن مو همان نخواهد بود پس از مستند
- جنوب خود را برای تهدید آخر هفته ناشی از برف و یخ ضعیف آماده می کند
- Reggie Jackson به یانکی نیویورک بود بهترین رایگان-عامل حرکت
- نادال, جوکوویچ و فدرر باید آن را خورد برای ما باز
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- آنچه پنتاگون می تواند در مورد اسباب بازی به شما بیاموزد
- آن را Odell بکهام: Giants' تنها NFL دریافت رهبر طولانی است بازنشسته
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- بازار عکس: سهام-بازار آتی زدم به شهرستانها ایالات متحده را برای تظاهرات در میان همه گیر
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی