مرجع منتدى لكِ الفيزيائي..

[ميريام 83]

انطلاقا من دور الفزياء فى حياة الانسان المعاصر ... هذا الدور الذى ينكر فى بلادنا _نحن_العرب ...
وتكريما لتلك المادة العظيمة وقوانينها التى هى جزء من دشليار جزء من علم الله .. ادعوكم ان نجعل تلك الصفحة مرجع فزيائى من الطراز الاول وارجو من كل من يملك معلومات فليضعها هنا وانا لى رجعه بمعلومات مره حلوه عن فزيتنا الحبيبة ....

[ميريام 83]

النواه


في الفيزياء و الكيمياء ، النواة هي جزء من الذرة ، وهي الجزء المركزي ويتميز بكتلته الكبيرة نسبيا لباقي الذرة ، يوجد في النواة البروتونات والنيوترونات التي تتكون بدورها من الكواركات التي تعد أصغر جزء من المادة. وحسب فروض العالم (راذرفورد) تعتبر النواه هى كتله الذره وذلك لان كتله الالكترونات التى تدور حولها متناهيه في الصغر ولذك فهى تهمل وتصبح كتله الذره كلها في النواه . شحنة النواه موجبة لانها يوجد بداخلها بروتونات موجبه ونيترونات متعادله وبذلك تكون النواه موجبة الشحنة.
النواة هى المكون الاساسى للذرة حيث نجد ان النواة تتكون من البروتونات وهى موجبة الشحنة والنيوترونات المتعادلة في الشحنة وكذلك يوجد الميزون وهو جسيم صغير جدا كتلته تعادل كتلة الالكترون ولكن له شحنة موجبة وشحنة سالبة ،وينتج من تحول البروتونات إلى نيوترونات وتكون ميزونات موجبة ، وكذلك عند تحول النيوترونات إلى بروتونات وتكون ميزونات سالبة. وداخل النواة هناك قوى كبيرة جدا وهى قوى الترابط النووى وهى أكبر قوى في العالم ولكن تأثيرها يكون على مسافة صغيرة جدا وهى قطر النواة . وعند حساب كتلة البروتونات وكتلة النيوترونات الموجودةداخل النواة نجد انها أكبر من كتلة النواة ذاتها ؛وهذا يعزى إلى ان جزء من الكتلة تحول إلى طاقة تساعد في ربط مكونات النواة وهى طاقة الترابط النووى.

[تحرير] بنية نواة الذرة

شكل تمثيلي لذرة الليثيوم

النواة (نواة الذرة) هى مركز الذرة. تتكون النويات من بروتونات, ونيوترونات. عدة البورتونات في نواة الذرة يطلق عليه العدد الذري, ويحدد أي عنصر له هذه الذرة. فمثلاً النواة التى بها بروتون واحد (أى النواة الوحيدة التى يمكن أن لا يكون بها نيوترونات) من مكونات ذرة الهيدروجين, والتي بها 6 بروتونات, ترجع للعنصر كربون, أو التى بها 8 بروتونات أكسجين. يحدد عدد النيورتونات نظائر العنصر. عدد النيوترونات والبروتونات متناسب, وفى النويات الصغيرة يكونا تقريبا متساويين, بينما يكون في النويات الثقيلة عدد كبير من النيوترونات. والرقمان معا يحددا النيوكليد (أحد أنواع النويات). البروتونات والنيوترونات لهما تقريبا نفس الكتلة, ويكون عدد الكتلة مساويا لمجموعهما معا, والى يساوى تقريبا الكتلة الذرية. وكتلة الإلكترونات صغيرة بالمقارنة بكتلة النواة.
نصف قطر النوكليون (نيترون أو بروتون) يساوي 1 fm (فيمتو متر = 10-15 m). بينما نصف قطر النواة, والذى يمكن أن يكون تقريبا الجذر التربيعي لعدد الكتلة مضروبا في 1.2 fm, أقل من 0.01% من قطر الذرة. وعلى هذا تكون كثافة النواة أكثر من تريليون (1012) مرة من الذرة ككل. ويكون لواحد مللي متر مكعب من مادة النواة, لو تم ضغطه, كتلة تبلغ 200,000 طن. النجم النيتروني يتكون من مثل هذا التصور.
وبالرغم من ان البروتونات الموجبة الشحنة يحدث بينها وبين بعضها تضاد كهرمغناطيسي, فإن المسافة بين النيوكلونات تكون صغيرة بدرجة كافية لأن يكون التجاذب القوي (والذى تكون أقوى من القوى الكهرمغناطيسية ولكن تقل بشدة مع بعد المسافة) غالب عليها. (وتكون قوى الجاذبية مهملة, لكونها أضعف 1036 من التضاد الكهرمغناطيسي).
كان اكتشاف الإلكترون أول إشارة على أن الذرة لها بناء داخلي. وهذا البناء كان تصوره المبدئي طبقا "لكعك الزبيب" أو سكل بودنج الخوخ, والذى فيه تكون الإلكترونات الصغيرة, السالبة الشحنة مغمورة في كرة كبيرة تحتوى على الشحنات الموجبة. وقد إكتشف إيرنست رذرفورد وماردسون, في عام 1911 عند إجراء تجربتهم الشهيرة تجربة رقاقة الذهب, أن جسيمات ألفا من الراديوم كمصدر كانت تتشتت للخلف عند توجيهها على رقاقة الذهب, والذى أدى إلى تقبل نموذج بور, الشكل الكوكبي الذى تدور فيه الإلكترونات حول النواة بنفس الطريقة التى تدور فيها الكواكب حول الشمس.
يمكن للنويات اليقيلة أن تحتوى على مئات من النيوكلونات (النيوترونات والبروتونات), والذى يعنى أنه ببعض التقريب يمكن معاملتها على أنها ميكانيكا تقليدية, أكثر من كونها ميكانيكا كمية. وفى نموذج نقطة السائل الناتج, تكون النويات لها طاقة ناتجة جزئيا من التوتر السطحي, وجزئيا من التضاد الكهربي للبروتونات. ويستطيع نموذج نقطة السائل إعادة إنتاج ظواهر عديدة للنواة, متضمنة الإتجاه العام لطاقة الترابط بالنسبة إلى عدد الكتلة, وأيضا ظاهرة الإنشطار النووي.
وعموما, بالنظر لتركيب هذه الصورة التقليدية, فإن تأثيرات ميكانيكا الكم, والتى يمكن أن توصف بإستخدام نموذج الغلاف النووي, تم تطويرها كثيرا بمعرفة ماريا جيوبريت-ماير. النواة التى لها عدد معين من النيوترونات والبروتونات (الرقم السحري 2, 8, 20, 50, 82, 126, ...... ) تكون بالتحديد ثابتة, لأن أغلفتها تكون ممتلئة.
وحيث أن بعض النويات تكون ثابتة أكثر من الأخرى, فإنه يتبع ذلك أن الطاقة يمكن أن تنطلق من التفاعلات النووية. مصدر طاقة الشمس الإنصهار النووي, والذى فيه تصطدم نويتين ويتحدا لإنتاج نواة أكبر. العملية العكسية هى الإنشطار النووي, والتى تمد مصانع الطاقة النووية بالطاقة. وحيث أن طاقة الترابط لكل نيوكلون هى كحد أقصى للنواة المتوسطة (تقريبا الحديد), فإن الطاقة تنطلق إما بإندماج النويات الخفيفة, أو بإنشطار النويات الثقيلة.
العناصر حتى الحديد تتكون في النجوم خلال تسلسل مراحل الإنشطار, مثل سلسلة بروتون-بروتون, دورة CNO, وعملية ألفا-الثلاثية. وإرتقاء العناصر الأثقل يتكون خلال نشوء النجوم. وحيث ان ذروة طاقة الترابط لكل نيوكلون تكون تقريبا حول الحديد, فإن الطاقة تنتج فقط للعمليات الإنشطار تحت هذه النقطة. وتكوين النويات الأثقل يتطلب طاقة, وعلى ذلك فإن غمكانية حدويها خلال إنفجارات السوبرنوفا, والتى يتم إطلاق كميا هائلة من الطاقة فيها.
التفاعلات النووية تحدث بطريقة طبيعية على الأرض, وفى الواقع هى شائعة الحدوث. وتتضمن إضمحلال ألفا, وإضمحلال بيتا, كما أن النويات الثقيلة مثل اليورانيوم يمكن أن يحدث لها أيضا إنشطار. كما أن هناك مثل معروف لإنشطار نووي طبيعي, والذى حدث في أوكلو, الجابون, أفريقيا منذ 1.5 بليون سنة. (1)

وكثير من الأبحاث في الفيزياء النووية تتضمن دراسة النواة تحت الظروف القصوى مثل الدوران وطاقة الإثارة. كما أن النواة يمكن أن يكون لها أشكال غريبة (تشبه كرة قدم أمريكية), أو نسبة نيوترن إلى بروتون عجيبة. ويمكن للتجارب تصنيع مثل هذه النويات بإستخدام الإندماج النووي الذى تم حثه, أو تفعاعلات نقل النوكليون, بإستخدام شعاع أيوني من معجل جسيمات.
الشعاع الذى يكون له طاقة أكبر يمكن أن يستخدم لعمل نواة في درجات الحرارة العالية, وهناك علامات أن هذه التجارب قد انتجت إنتقال حالة من حالة النواة العادية إلى حالة جديدة, بلازما كوارك-جلوين, وفيها تمتزج الكوارك ات مع بعضها البعض, عن كونها مفصولة في ثلاثيات كما هم في النيوترونات والبروتونات.

[ميريام 83]

الانشطار النووى

كانالعالم فيرمي ( Enrico Fermi) في العام 1934 يقوم ببعض التجارب للحصول على نظائر العناصر عن طريق قذف النوى بالنيوترونات . وعندما وصل إلى عنصر اليورانيوم ( العنصر الأخير في الجدول الدوري في ذلك الوقت ) . توقع أن قذف العنصر بالنيوترونات سيؤدي إلى وجود نواة غير متسقرة تقوم بإطلاق جسيمات بيتا وبالتالي ازدياد العدد الذري من 92 إلى 93 وانتاج عنصر جديد في الجدول الدوري , ولكنه لم يحصل على ما توقعه ولم يستطع التعّرف على نواتج التفاعل.

واستمرت الأبحاث والدراسات من العام 1935 إلى العام 1938 حيث قام عالم كيميائي ألماني يسمى إدا نوداك
( Ida Noddack)بالتعرف على نواتج التفاعل وأوضح أن نواة اليورانيوم انشطرت إلى نواتين متوسطتي الكتلة . وقد أكدت الدراسات صحة ما افترضه هذا العالم . وبذلك يكون الإنشطار النووي :
" انقسام نواة ثقيلة إلى نواتين متوسطتي الكتلة , وانتاج كميات هائلة من الطاقة نتيجة تفاعل نووي "
ولإحداث الإنشطار تقذف النواة الثقيلة مثل يوارانيوم ـ 235 بجسيمات خفيفة نسبياً مثل النيوترونات التي تعد أفضل القذائف لأنها لا تحمل شحنة .
ويمكن تمثيل الإنشطار النووي لليورانيوم بصورة عامة بالمعادلة والشكل :

[ميريام 83]

ولمزيد من المعلومات عن الانشطار النووى اليكم التالى

الأنشطار النووي Nuclear fission :هي عملية انشطار نواة ذرة ما إلى قسمين او أكثر ويتحول بهذه العملية مادة معينة إلى مادة اخرى وينتج عن عملية الأنشطار هذه نيوترونات و فوتونات حرة( بالاخص اشعة گاما) ودقائق نووية مثل دقائق ألفا alpha particles ودقائق بيتا beta particles. يؤدي انشطار العناصر الثقيلة إلى تكوين كميات ضخمة من الطاقة المتحركة.
تستعمل عملية الأنشطار النووي لتزويد الوقود لمولدات الطاقة النووية وتحفيز انفجار الأسلحة النووية واذا امكن اخضاع عنصر ثقيل إلى سلسلة من الأنشطارات النووية فان ذلك سيؤدي إلى تكوين ما يسمى بالوقود النووي ويتم تحفيز هذه السلسلة المتاعقبة من الأنشطارات النووية في المفاعلات النووية ويعتبر اليورانيوم-235 و البلوتونيوم - 239 من أكثر انواع الوقود النووي استعمالا. تبلغ كمية الطاقة الناتجة من كمية معينة من الوقود النووي ملايين اضعاف الطاقة الناتجة من نفس الكمية من البنزين.

[تحرير] تفاصيل عملية الأنشطار النووي

يختلف الانشطار النووي عن عملية التحلل الإشعاعي من ناحية انه يمكن السيطرة على عملية الأنشطار النووي خارجيا. تقوم النيوترونات الحرة الناتجة من كل عملية انشطار إلى تحفيز انشطارات اخرى التي بالتالى تؤدي إلى تكوين نيوترونات حرة اخرى وتستمر هذه السلسلة من الفعاليات مؤدية إلى إنتاج كميات هائلة من الطاقة.
يطلق على نظائر عناصر كيميائية لها القدرة على تحمل هذه السلسلة الطويلة من الأنشطارات النووية اسم الوقود النووي. من أكثر أنواع الوقود النووي استعمالا هي اليورانيوم ذو كتلة ذرية رقم 235 (يورانيوم-235) و بلوتونيوم ذو كتلة ذرية رقم 239 (بلوتونيوم-239) ، هذين العنصرين ينشطران بصورة بطيئة جدا تحت الظروف الطبيعية التي تسمى ب الانشطار التلقائي spontaneous fission وتاخذ هذة العملية التلقائية مايقارب 550 مليون سنة على أقل تقدير ولكن عملية الانشطار هذه يتم تحفيزها والإسراع بها في المفاعلات النووية.
تنتج عادة عن سلسلة من الأنشطارات في المواد المذكورة اعلاه طاقة حركية هائلة تقدر بحوالي المئات من الكترون فولت وللتوضيح فان 0.03 الكترون فولت قادر على تدفئة منزل صغير . يرجع السبب الرئيسي في تفضيل اليورانيوم لاجراء عملية الأنشطار النووي عليه لغرض تصنيع الأسلحة النووية إلى كون النظير 235 لليورانيوم او مايسمى يورانيوم-235 خفيف الكتلة ويمكن تحفيز انشطاره بسهولة بواسطة تسليط حزمة من النيوترون عليه وبعد الأنشطار يتولد 2.5 نيوترون وهذه الكمية من النيوترون كافية لاستمرار عمليات انشطار متسلسلة و متعاقبة.

[ميريام 83]

وهذا للمعلومات حول الاندماج النووى

تفاعل الإندماج النووي (يعرف أيضا بالـ تيرمونووي) :هو،بالإضافة إلى الانشطار، أحد أهم أنواع التفاعلات النووية التطبيقية. لا يجب خلط الاندماج النووي باندماج القلب في مفاعل نووي و هو حادث نووي خطير جدا.
الاندماج النووي عملية تتجمع فيها نواتان ذريتان لتكوين نواة واحدة أثقل. اندماج الأنوية الخفيفة يطلق كميات هائلة من الطاقة المتأتية من التجاذب بين مكونات النواة بسبب التآثر القوي.
هذا التفاعل موجود في الشمس و في بعض النجوم الأخرى في الكون.
فائدة الاندماج النووي تكمن في إطلاقه كميات طاقة أكبر بكثير مما يطلقه الانشطار و بكتل مواد متساو. و بالاضافة إلى ذلك، فإن المحيطات تحتوي بشكل طبيعي على كميات كافية من الدويتريوم لتغذية الكوكب بالطاقة لمدة آلاف السنين، كما أن المواد المنبعثة عن الاندماج (خصوصا الهيليوم 4)، ليست موادا مشعّة.
و على الرغم من العدد الكبير من التجارب التي تم القيام بها في كل أنحاء العالم منذ خمسين سنة، فإنه لم يتم التوصل إلى أية نتيجة تطبيقية فعّالة للاندماج على صناعة الطاقة، خارج الميدان العسكري بابتكار القنبلة الهيدروجينية. لكن يوجد، في المقابل، استعمالات أخرى أقل صيتا، كمولدات النيوترونات المستعملة بالأساس في الكشف عن المتفجرات.

[تحرير] آلية الاندماج

يحدث تفاعل الاندماج النووي عندما تتداخل نواتان ذريتان. لكن، ليتم هذا التداخل، لا بد من أن تتخطى النواتان التنافر الحاصل جراء شحنتيهما الموجبتين (و تعرف
الظاهرة بالـحاجز الكولومبي). إذا ما طبقنا قواعد الميكانيكا الكلاسيكية وحدها، سيكون احتمال الحصول على اندماج الأنوية منخفضا للغاية، بسبب الطاقة الحركية
(الوافقة للهيجان الحراري) العالية جدا اللازمة لتخطي الحاجز المذكور. و في المقابل، تقترح ميكانيكا الكم، و هو ما تؤكده التجربة، أن الحاجز الكولومبي يمكن تخطيه
أيضا بظاهرة النفق، بطاقات أكثر انخفاضا.
و بالرغم من ذلك، فإن الطاقة اللازمة للاندماج تبقى مرتفعة جدا، و هو ما يقابله حرارة أكثر من عشرات أو ربما مئات الملايين من الدرجات المئوية حسب طبيعة
الأنوية. داخل الشمس، على سبيل المثال، يجري تفاعل اندماج الهيدروجين المؤدي، عبر مراحل، إلى إطلاق الهليوم، في ظل جرارة تقدر ب 15 مليون درجة
مئوية، و لكن ضمن تفاعلات مختلفة عن تلك التي تدرس على الأرض لإنتاج الطاقة عبر الاندماج. و في بعض النجوم الأكثر كتلة، تتم عمليات اندماج لأنوية أضخم،
تحت درجات حرارة أكبر.
عندما تندمج أنوية صغيرة، تنتج نواة غير مستقرة، و لكي تعود إلى حالة أكثر استقرارا ذات طاقة أقل، يتم إطلاق جسيم أو أكثر (فوتون، نوترون، بروتون، أو نواة
هيليوم، حسب التفاعل)، و تتفرّق الطاقة الزائدة بين النواة و الجسيمات المطلقة، في شكل طاقة حركيّة. و لكي يكون الاندماج ذا مردود جيد من الطاقة، من
الضروري أن تكون الطاقة الناتجة أكير من الطاقة المستهلكة لتواصل التفاعلات و في الحرارة الخارجة إلى المحيط الخارجي. كما يجب منع أي اتصال بين محيط
التفاعل و مواد المحيط في المفاعلات الاندماجية.
عندما لا يوجد أي وضع مستقر، تقريبا، قد يكون من المستحيل أن نقوم بإدماج نواتين (على سبيل المثال : 4He + 4He).

اندماج نووي.

إن التفاعلات الاندماجية التي تطلق أكبر قدر من الطاقة هي تلك التي تستخدم أكثر الأنوية خفّة. و بالتالي فإن أنوية الدويتيريوم (بروتون واحد و نوترون واحد) و التريتيوم (بروتون واحد و نوترونان)، مستخدمة في التفاعلات التالية :

• دويتيريوم + دويتيريوم -> هيليوم 3 + نوترون
• دويتيريوم + دويتيريوم -> تريتيوم + بروتون
• دويتيريوم + تريتيوم -> هيليوم 4 + نوترون
• دويتيريوم + هيليوم 3 -> هيليوم 4 + بروتون

و هذه التفاعلات هي أكثر التفاعلات دراسة في المخابر عند تجارب الاندماج المراقبة.

[تحرير] الاندماج المتحكم فيه

يمكن التفكير في عدة طرق تمكّننا من احتجاز محيط التفاعل للقيام بتفاعلات اندماج نووية، من ذلك الاندماج عبر الاحتجاز المغناطيسي و غيره. و لكن لا يوجد إلى حد الآن مادة يمكنها احتجاز الطاقة الهائلة للاندماج النووي، لاستعمالها في أغراض صناعة الطاقة الكهربائية.
و من التطبيقات الأخرى للاندماج، إنتاج النوترونات، و ذلك بالأساس لاكتشاف المتفجّرات، و هو ما تم استخدماه منذ زمن بعيد في النطاق الصناعي.
الاندماج بالاحتجاز المغناطيسي

• التوكاماك، حيث يحتجز خليط من مماثلات الهيدروجين بواسطة حقل مغناطيسي.
• الستيلاتور، حيث تؤمن الحواث (inductors) الاحتجاز بالكامل.

[تحرير] بلازما الإندماج

عندما تصل الحرارة الدرجة التي يحصل فيها الإندماج، تكون المادة في حالة بلازما. إنها حالة خاصة للمادة الأولية، تكوّن فيها الذرات أو الجزيئات غازا أيونيا.
لقد تم إقتلاع إلكترون أو أكثر من السحابة الإلكترونية المحيطة بكل نواة، مما ينتج عنه أيونات موجبة و إلكترونة طليقة، و يكون الكل محايدا كهربيا.
ينتج عن التحرك الكبير للأيونات و الإلكترونات داخل بلازما حرارية، عدة اصطدامات بين الجسيمات. و لكي تكون هذه الإصطدامات قوية بما فيه الكفاية لإنشاء تفاعل اندماجي، تتدخل ثلاث عوامل :

1. الحرارة T ;
2. الكثافة N ;
3. زمن الإحتجاز τ.

حسب لوسون فإن العامل Nτ يجب أن يصل حدا فاصلا للحصول على الـ breakeven حيث تكون الطاقة الناتجة عن الاندماج مساوية للطاقة المستخدمة. يحدث الإيقاد، إثر ذلك، في مرحلة أكثر إنتاجا للطاقة (من غير الممكن إيجادها اليوم في المفاعلات الحالية). إنه الحد الذي يكون التفاعل إثره قادرا على المواصلة من تلقاء ذاته. لتفاعل ديتوريوم + تريسيوم، يقدّر هذا الحد بـ 1014 ث/سم³.

[ميريام 83]

ولى عوده مع المزيد ولكن سنتحدث عن فرع اخر فى الفزياء وهو فزياء درجات الحرارة المنخفضه

[بنت الهضاب]

فكرة رائعة.ولي عودة بمواضيع متميزة ان شاء اللّه.

[ع ــبير }~]

::

وعليكم السلام ورحمة الله وبركاته

بارك الله فيك أختي / ميريام
على النقل الطيب
ولعل لي عودة بإضافات للموضوع

::

[ميريام 83]

شكرا يا حلوات على المرور و لكن لى طلب من عبارات العيون ..

هل من الممكن ان تجعلى موضوع النواه اولا قبل الانشطار النووى ؟

وبارك الله فيكى وانا اريد ذلك كى يكون الكلام منسق فنحن نتحدث عن النواه ثم عن الانشطار والاندماج.... ارجو ان تستطيعى

وكذلك ارجو ان تغيرى اسم الموضوع الى مرجع منتدى لك الفزيائى...

وانا ان شاء الله سافتح مرجعين اخرين للاحياء والكمياء نظرا لاهميتهما

[..الغدير..]

هل من الممكن ان تجعلى موضوع النواه اولا قبل الانشطار النووى ؟

وبارك الله فيكى وانا اريد ذلك كى يكون الكلام منسق فنحن نتحدث عن النواه ثم عن الانشطار والاندماج.... ارجو ان تستطيعى

وكذلك ارجو ان تغيرى اسم الموضوع الى مرجع منتدى لك الفزيائى...

تم تعديل المطلوب..

الله يجزيكِ الخير أختي ميريام على المعلومات القيّمة..

[ميريام 83]

شكرا جزيلا اختى الغدير واتمنى لك الصحة والعافيه

[ع ــبير }~]

اعذريني أختي ميريام لم ارى طلبك الا بعدما تم التعديل

تم تعديل المطلوب..
الله يجزيكِ الخير أختي ميريام على المعلومات القيّمة..

بارك الله فيك حبيبتي غدورة على التعديل

[ميريام 83]

هذى موضوع عن فيزياء درجات الحرارة المنخفضه
مقدمة
فيزياء درجة الحرارة المنخفضة هو العلم الذي يهتم بإنتاج وصيانة درجة الحرارة المنخفضة التي تقترب من الصفر المطلق( سالب 16و273 درجة مئوية) أي صفر كلفن ويهتم بالظواهر المختلفة التي تحدث فقط عند هذه الدرجة المنخفضة والمقياس المستخدم لدرجات الحرارة المنخفضة هو مقياس كلفن أو مقياس درجة الحرارة المطلقة والذي يرتكز علي سلوك الغاز الذي يعمل علي النحو المثالي . وفيزياء درجة الحرارة المنخفضة تسمي أيضا بعلم التبريد .

آلية الحصول علي درجة الحرارة المنخفضة تتم درجات الحرارة المنخفضة جدا بواسطة إزالة أو سحب الطاقة من المادة . وهذا يتم بطرق مختلفة. أبسط الطرق لتبريد مادة بأن تكون ملامسة لمادة أخري تكون مبردة مسبقا عند درجة حرارة منخفضة جدا ويستخدم كل من الثلج العادي أو الثلج الجاف ( ثاني أكسيد الكربون المثلج ) أو الهواء السائل ( بعد تعرض الهواء لضغط عال ثم تبريده) بنجاح تام لتبريد المادة إلي ما يقرب من 80 كلفن أي تقريبا سالب 190 درجة مئوية حيث تزال الطاقة الحرارية بواسطة التوصيل من المادة المراد تبريدها إلي المادة الأكثر برودة الملامسة لها. فإذا كانت المادة الأكثر برودة هي الغاز السائل فمن مفهوم الحرارة الكامنة لتبخر السائل إلي الحالة الغازية فتزال تماما طاقة حرارية جديرة بالاعتبار من الغاز السائل من خلال عملية الامتصاص أثناء التحول عند التلامس بين المادة المراد تبريدها والغاز السائل فيعود الغاز السائل إلي طبيعته الغازية. فان العديد من الغازات السائلة تستخدم بهذه الطريقة لتبريد المادة لتصل إلي ما يقرب من 2و4 كلفن وهي نقطة غليان الهليوم .

مفهوم الغازات والسوائل لفاندرفال

لولا نظريات فان در فال (1837 – 1923) للغازات والسوائل التي اعتبرت بمثابة عصا سحرية في إنشاء معامل التبريد لدرجات الحرارة المنخفضة حيث استطاع كل من دي وار(J.Dewar ( في عام 1898 إلي تسييل الهيدروجين و الفيزيائي الهولندي هيك كاميرلنخ أونس (Heike Kamerlingh Onnes)
وكانت نقطة تحول كبيرة في العالم وبداية عصر جديد وهو عصر فيزياء درجة الحرارة المنخفضة وبداية لدراسة خواص المواد عند درجات الحرارة المنخفضة حيث استطاع كاميرلنخ أونس أن يحدث انخفاضا في درجة الحرارة تكاد تقترب من الصفر المطلق .
بدأت أعمال فان درفال بدراسة خواص الغازات والسوائل واستطاع أن يضع نظرية شاملة عن معادلة الحال للغاز أو السوائل وأستطاع أن يبرهن علي أن كلاهما تجمع من الحالتين السائلة والغازية ليس فقط في حالة اندماج في بعضهم البعض بل في نمط مستمر وأنهما في الحقيقة لهما نفس الطبيعة . واهتم بكل من مفهوم الحرارة علي أنها ظاهرة للحركة وبمفهوم القوي الفاصلة بين الجزيئات .

الغاز المثالي
هو ذلك الغاز الذي لا تعمل فيه قوي التأثير المتبادل بين الجزيئات ومعادلة الحال للغاز المثالي هي :

PV = n R T حيث أن
هو ضغط الغاز P
حجم الغاز V
درجة الحرارة المطلقة (بالكلفن) T
الثابت العام للغازات R
هي الجزيء الجرامي وهي تساوي النسبة بين كتلة الغاز إلي الوزن الجزيئي. n


غاز فان در فال
تصبح خواص الغاز أكثر اختلافا عن خواص الغاز المثالي كلما ازدادت كثافته وهذا يؤدي إلي تفاعل الجزيئات المختلفة مع بعضها البعض ويسمي هذا التفاعل بتفاعل فاندرفال تمييزا عن التفاعل الكيميائي بين الذرات الذي يؤدي إلي تكوين الجزيئات. لذلك نأخذ في الاعتبار الخواص الكمية الأساسية لقوي التأثير الجزيئي المتبادل ( التفاعلات الجزيئيه ) وهذا يفسر ما ينتج عن هذة التأثيرات المتبادلة في تجاذب الجزيئات علي المسافات الكبيرة و وهذا التجاذب جوهري للغاية لأنه بالذات يؤدي إلي تكثف الغاز ليصبح سائل .

تفاعل فان در فال ومعامل التبريد
يحد ث تفاعل فان درفال بين جميع الجزيئات بحيث يؤدي هذا التجاذب إلي اقتراب جزيئين من بعضهما البعض فيؤدي استمرار هذا التجاذب إلي جذب جزيئات أخري بغرض محاولة التقارب لبعضها البعض فتحقق هذه المحاولة في انتقال المادة إلي الحالة المكثفة سواء للحالة السائلة أو للحالة الجامدة .
من هذه الآلية أدي إلي إسالة الغازات والي تأسيس معامل التبريد لدرجات الحرارة المنخفضة جدا
والتي تقترب من درجة الصفر المطلق .

ظاهرة فائقية التوصيل الكهربائي
Super –conductivity phenomenon (هذى الظاهرة اخواتى عمل بها قطار اليابان الطائر)
في عام 1911 أي بعد اكتشاف إسالة الهليوم بثلاث أعوام اكتشف الفيزيائي كاميرلنخ أونس عند قيامه بأبحاثه العلمية مع مساعديه ظاهرة فائقية التوصيل الكهربي لبعض المعادن عند درجات الحرارة المنخفضة .
ففي درجات الحرارة المنخفضة ( بضعة درجات فوق الصفر المطلق ) تكون التوصيلية الكهربية لبعض المعادن ( البلاتين – الألمنيوم – الزنك – الرصاص – الزئبق وبعض المركبات المعدنية) أي قابلية مرور التيار الكهربي خلالها عاليا جدا دون وجود أي مقاومة كهربية أي تفقد المادة كامل مقاومتها الداخلية لسريان الكهرباء تقريبا. وهذا يتم عند درجة حرارة معينة تسمي بدرجة الانتقال إلي حالة فرط الموصلية الكهربائية وتسمي المواد التي تتميز بهذه الصفة بالمواد الفائقية التوصيل.
(Super Conductor Materials)

وهناك نوعان من المواد الفائقية التوصيل
مواد فائقية التوصيل من الطراز الأول وهي المواد التي تمتلك مقدرة إبعاد أو إزالة المجال المغنطيسي كليا أو جزئيا وتسمي أيضا بالمواد الفائقية التوصيل اللين (Soft (مواد فائقية التوصيل من الطراز الثاني وهي المواد التي تسمح بوجود الموصلية الفائقة والمجال المغنطيسي في نفس الوقت وكذلك باستمرار الموصلية المفرطة حتى في المجالات المغنطيسية العالية وتسمي هذه المواد أيضا بالمواد الفائقية التوصيل الصلدة Hard ومن أهم التطبيقات التي لوحظت علي المواد المستخدمة في الدوائر الكهربائية والتي تتميز بفائقية التوصيل الكهربي بأن لها مقدرة عالية لالتقاط أضعف الإشارات اللاسلكية وهذا ما يستخدم في الدوائر الكهربية الملحقة بالأقمار الصناعية.

فرط السيولة Superfluidity السوائل التي تتميز بفرط سيولة التدفق هي مواد لها مقدرة التدفق دون مقاومة تذكر أي بدون احتكاك تقريبا عند درجة حرارة تقترب من الصفر المطلق.
نجد أن سائل الهليوم في درجات الحرارة المنخفضة يتمتع بخاصية التدفق المفرط أي تتلاشي لزوجته كليا في درجات الحرارة المنخفضة تكاد تساوي صفر.
كما أن سائل الهليوم في درجات الحرارة المنخفضة والتي تقترب من الصفر المطلق يتميز بإمكانية الانسياب
لأعلي دون توقف علي جوانب أي وعاء موضوع فيه مهملا قوي الاحتكاك والجاذبية.
يعتبر سائل الهليوم من سوائل التبريد لتميزه بحرارة نوعية منخفضة ونقطة الغليان عند 2و4 كلفن.
ويعتبر من أفضل الموصلات الحرارية عند درجة حرارة 2و2 درجة كلفن.

إناء دي وار
Dewar Flask وهو عبارة عن وعاء زجاجي أو معدني مفرغ لمنع انتقال الحرارة.
يستخدم لتخزين الغازات السائلة حيث صمم لتقليل الفقد الحراري بالتوصيل و بالحمل وبالإشعاع لذلك يتكون من وعاء زجاجي من البيركس له جدارين وأسطح الجدارين من الداخل مطلي بالفضة لتقليل انتقال الحرارة بالإشعاع والمسافة الفاصلة بين الجدارين مفرغة تماما من الهواء لتقليل انتقال الحرارة بالتوصيل والحمل.
يستخدم إناء دي وار لتخزين سوائل التبريد مثل سائل النيتروجين ( نقطة غليانه 77 كلفن) وسائل الأكسجين (نقطة غليانه 90 كلفن ) أما بالنسبة لسائل الهليوم ( نقطة غليانه 2و4 كلفن ) وحرارته النوعية منخفضة لذا عند تخزينه يستخدم اثنين من إناء دي وار بحيث يوضع أحدهم في الآخر والمسافة الفاصلة بين الانائين تكون ممتلئة بسائل النيتروجين وذلك بسبب خواص الهليوم السائل من حرارة نوعية منخفضة ونقطة غليان منخفضة جدا .

[ميريام 83]

اليكم بعض الصور المرتبطه بعلم التبريد:

1) هذى قارورة دى وار التى تستخدم لحفظ الغازات المساله:

[center][/ce

وهذى صور العالم الشهير بفاندرفالز:

Johannes Diderik van der Waals
(1837 - 1923)
Nobel Prize for Physics 1910

[ميريام 83]

والى اللقاء فى الموضوع القادم عن الظاهرة الكهروضوئية