۩۞۩♥§♥هل تعلم (( 28 ))♥§♥۩۞۩
~¤ô¦¦§ô¤~
~¤ô§¦¦ô¤~
هل تعلم
لماذا يحافظ ورق الألمنيوم على الأشياء ساخنة (او باردة)؟
تنتقل الحرارة بثلاث طرق : التوصيل – بالنقل أو الحمل – بالإشعاع.
التوصيل: هو عبارة عما يحدث عند وجود مادة ساخنة مع مادة أبرد، حيث تنتقل الحرارة وبشكل طبيعي من المادة الأسخن. فإذا وضعت يدك في وعاء فيه ماء باردا ستصبح يدك أبرد، وسيصبح الماء بعد ذلك دافئا اكثر.
النقل الحراري: تزداد حرارة الهواء الموجود حول مادة ساخنة، عن طريق عملية النقل الحراري. والهواء الساخن أقل كثافة من الهواء البارد لذا فإنه يرتفع ليحل مكانه الهواء البارد الموجود في الأعلى، (انظر لماذا يرتفع البالون المنفوخ بالهواء الساخن؟) وتستمر العملية على هذه الحال حتى تبرد حرارة هذا الشيء أو المادة وتصبح معادلة لجو الغرفة.
(تعمل أجهزة التدفئة المركزية بنظام النقل الحراري، وما لم تصبغها باللون الأسود غير اللماع، سيكون من المنطقي أكثر ان تسميها "أجهزة التسخين الحراري").
الإشعاع الحراري: رغم أن كل الحرارة الصادرة عن مدفأة الفحم أو الخشب التقليدية تنطلق الى الخارج عبر المدخنة عن طريق النقل الحراري، إلا أن الدفء الذي يعم الغرفة ينتقل عن طريق الإشعاع الحراري. ( هذا النوع من الإشعاع لا يحتاج الى وسط ناقل، مما يعني أن الأشياء مثلا في مكنسة كهربائية ستبرد، فتمكن بالتالي من نقل الحرارة المحيطة بها الى أشياء أخرى رغم عدم وجود إمكانية للتسخين عبر الحمل أو التوصل الحراري. ولو لم تكن هذه الحالة مقبولة علميا لما تمكنت الشمس من تسخين الأرض).
إن الأسطح اللماعة والألوان الفاتحة تعتبر مواد قليلة الإشعاع بحيث تمتص الحرارة مقارنة بالأسطح الداكنة والكئيبة الألوان. والأمثلة على صدق هذا الكلام كثيرة في حياتنا اليومية. فنحن نلاحظ أن غطاء خزان ماء التبريد الموجود في محرك السيارة مطليا دائما بالأسود غير اللماع وذلك حتى يتم تشجيع فقد بعض حرارة الماء عن طريق الإشعاع.
ويجدر بنا أن نشير هنا الى أن هذا الكلام ينطبق على جميع اشكال الإشعاع – وليس على الحرارة فقط. فمثلا يتم طلاء الأسطح الخارجية لبعض الطائرات الحربية باللون الأسود غير اللامع حتى يمتص الموجات المصغرة الصادرة عن الرادارات فتصبح الطائرة خفية لا يمكن لأحد تعقبها.
وينطبق نفس المبدأ السابق على كيفية تمكن مادة الألمنيوم، من المحافظة على الطعام دافئا، أو تجعلنا قادرين على استخدامها لتسخين أو طهي الطعام بسرعة. فإذا وضعت الجانب اللماع من ورق الألمنيوم نحو الداخل، ستمكنين من الحفاظ على الطعام دافئا، أو ستقلين من وقت الطهي.
ومثال آخر يوضح نفس الظاهرة، هو بطانية الفضاء، التي تستخدمها فرق الإنقاذ في الأجواء الباردة، حيث تصنع هذه البطانية من مواد مقاومة للريح والماء تغطيها طبقة من الألمنيوم العاكس أو اللماع. فإذا قام المنقذ بلف الجزء اللماع حول المصاب، سيتمكن من الحفاظ على اكبر قدر ممكن من الحرارة على جسم الأخير.
وبشكل مشابه، فإنك إذا نظرت داخل قارورة المكنسة الكهربائية سترى أن الأسطح الداخلية لها فضية اللون. والمكنسة تمنع انتقال الحرارة والغبار منها عبر التوصيل او النقل لكن السطح اللماع الداخلي يقوم بتقليل أي انتقال عن طريق الإشعاع..والمواد الباردة؟!
لا تنحصر مزايا ورق الألمنيوم في المحافظة على سخونة الأشياء . بل تتعدى ذلك الى المواد البارة أيضا.
فإذا قمت بلف طبق من السندويشات (الشطائر) بورق الألمنيوم على أن يكون سطحه اللماع نحو الخارج، سيؤمن لك هذا النوع من الورق المحافظة على ما في الطبق باردا وذلك بعكس الحرارة الخارجية عن الشطائر مما يحافظ عليها طازجة، أكثر من أن تبقى معرضة للهواء
لماذا تعتبر بعض المواد – مثل مادة كيفلر مضادة للرصا ؟!
تكون المادة المركبة عادة من خصلات من الألياف ممزوجة مع مادة أخرى تسمى المصفوفة أو المنهجية . وذلك لتقويتها .
وأوضح أمثلة على ذلك هي في المادة التي كان يستخدمها الفراعنة لصنع أغطية المومياءات . ومثل آخر نأخذه من عصرنا الحديث في المانيا الشرقية سابقاً حيث كانوا يستخدمون مادة مركبة لتصفيح السيارات بها . والباكليت وهو الراتينج الصناعي الذي تتم تقويه بإضافة الزجاج أو ألياف الكربون إليه . وأحيانا نجد أن البعض يقوي الاسمنت بوضع صفائح من المعدن داخله . فيحميه من التداعي إذا تعرض لضغط عال بينما نجد أن في الخشب ، مادة مقوية طبيعية كما يقول المهندسون ، وذلك لوجود الياف السيليلوز فيها . وكيفلر هو الاسم الصناعي لمادة إكتشفها ستيفاني كاوليك عام 1965م وتحتوي هذه المادة أساساً على سلسلة جزئيات من صنع الإنسان وتعتمد هذه السلسلة على الترابط القوي بين حلقات ذرات الكربون تبلغ قوة هذه الحلقات نحو خمسة أضعاف الفولاذ وتمتع بخاصية عدم التمد أيضاً وحالياً تعد هذه المادة من أعظم اختراعات الإنسان . وتعتبر طريقة صنع المواد المركبة هذه أمراً معقداً جداً وغير مفهوم حتى يومنا هذا ومازال المهندسون يستخدمونها في صنع العديد من الأشياء لكن بطريقة سرية وذلك فإن أهداف الاستخدام تختلف باختلاف أنواع المواد المركبة سواء كانت مقطعة أو طويلة منفردة أو منعزلة جامدة أو لينقاسية أو قابلة للتمد وقد كتب المتخصصون العديد من الكتب الضخمة حول هذه المواد لذا فإن ما ستقرأه ألان يعتبر زيادة التوضيح .
لجميع المواد طاقة كامنه وأوضح مثل على ذلك في توتر سطح الماء . فإذا راقبت حشرة تسير فوق الماء سترى أن أرجلها تحدث نقطاً أو ثقوباً مخروطية على سطح الماء . وهذه الثقوب تزيد مساحة السطح بالطبع وتطفو الحشرة لأن طاقتها الكامنة ( الناتجة عن وزنها ) متزنة تماماً مع زيادة طاقة سطح الماء . وتميل السوائل إلى تقليل طاقة السطح لديها قدر الإمكان . ويمكنك ملاحظة ذلك حين تكون المساحة الإجمالية لسطح القطرات أقل من مساحة محتويات كمية الماء نفسها في عامود أسطواني رفيع . في الواقع ، تتصرف المواد الصلبة بالطريقة نفسها . لكن إيجاد مساحة أكبر في مادة جامدة يحتاج إلى زيادة في الطاقة .
الرصاصة
إن سرعة موجة الصدمة في أي مادة تعبر عادة عن سرعة الصوت في هذه المادة والتي ستكون بالطبع أسرع بكثير من سرعة الرصاصة . وبالتالي ، عندما تضرب الرصاصة سطح مادة جامدة ، فإن موجات الصدم ستجه نحو الخارج على الجانبين بشكل أسرع من الرصاصة نفسها . وهذا يعني ، على المادة الواقية أن تتمتع بالوقت الكافي للقيام بمهمتها . وفي حالة المواد المركبة ستنتشر الصدمة في سلسلة من الانكسارات داخل المادة المصفوفة ،والتي تميل للسير بشكل مواز لسطح الألياف مبعدة الصدمة عن قلب المادة المركبة . وفي حالة مادة كيفلر نجد أن الألياف غير مرنة إلى حد يستوجب تسليط طاقة هائلة لتحقيق هذا الأمر . وإذا كانت الألياف مصفوفة بشكل متعاكس أو متصالب فإن الصدمة ستفرع وتجد أسطحاً جديدة للصدمات التي تليها . ويحدث كل ذلك في اقل من عشر الثانية لكن الطاقة التي تمتصها المادة والتي تجد كل هذه الأسطح الجديدة ضمن الألياف قادرة تماماً على ردع رصاصة من الدخول .
لماذا لا يوفر لنا الفولاذ مثل هذه الحماية ؟
عدا عن خفة وزن المواد المركبة نسبة إلى الفولاذ ، فإن نوع الحماية التي يقدمها درع من الحديد قد تشكل خطراً على الإنسان ، حتى في حال عدم اختراقه ، لأن طريقة انتقال موجات الصدم داخله قد تسبب تقشراً على السطح الداخلي له . الأمر الذي يعتبر بخطورة الرصاصة نفسها . وهناك بعض أنواع من القذائف المضادة للدبات ، مصممة خصيصاً لنسف الدبابات وتدميرها ، فما بالك بدرع من المادة نفسها لا تتجاوز سماكته سنتمترات .
أخيراً يجدر بنا أن نذكر أن استخدام المواد المركبة لا يقتصر على الأمور الحربية بل يتجاوز ليصبح مادة أساسية في صنع ( الفايبر غلاس ) الحديث الذي تتكون من المراكب والخزانات والكثير من أنواع المفروشات .
الخميس ديسمبر 08, 2011 6:19 pm