تعويق الغليان

تتناول هذه الموضوعة ظاهرة وجود السائل في حالة شبه مستقرة فوق نقطة الغليان. انظر الماء مفرط الإحماء للماء المضغوط فوق 100 درجة مئوية. وانظر محمصات البخار المتعلقة بالجهاز المستخدم في المحرك البخاري.

في الفيزياء, يشير تعويق الغليان, أوتعوق الغليان إلى ظاهرة تسخين السائل إلى درجة حرارة أعلى من نقطة غليان هذا السائل دون حتى يغلي السائل. ويحدث فرط الإحماء بتسخين المادة المتجانسة في وعاء نظيف بعيدًا عن أماكن التنوي مع مراعاة عدم إفلاق السائل.

السبب

ينطق إذا الماء "يغلي" عندما تتكون فقاعات بخار الماء دون حد وتندفع إلى السطح. وحتى تتمدد فقاعات البخار، يجب حتى تكون درجة الحرارة مرتفعة بما يكفي ليتجاوز ضغط البخار الضغط المحيط (بصورة أساسية الضغط الجوي). فإذا قلت درجة الحرارة عن ذلك، ستنكمش فقاعات البخار وتختفي.

إن فرط الإحماء استثناء لهذه القاعدة البسيطة؛ فنرى في بعض الأحيان حتى السائل لا يغلي رغم حتى ضغط البخار قد تجاوز الضغط المحيط. والسبب هوقوة إضافية، التوتر السطحي، تضغط على نموالفقاعات.

يجعل التوتر السطحي الفقاعات تتصرف مثل كرة مطاطية (ولنكن أكثر دقة، مثل كرة مطاطية غير تامة النفخ بحيث لا يزال المطاط مرنًا). فيزداد الضغط في الداخل بدرجة طفيفة بعمل "جلد الكرة" الذي يحاول الانكماش. وحتى تتمتد الفقاعة، يجب حتى ترتفع درجة الحرارة ارتفاعًا طفيفًا فوق نقطة الغليان حتى تولد كمية كافية من ضغط البخار.

إن ما يجعل فرط الإحماء حالة متفجرة جدًا أنه من الأسهل حتى تتمدد الفقاعات الكبرى عن الفقاعات الصغرى، مثلما يحدث عندما تنفخ بالونًا، فالجزء الجامد هوالذي يبتدئ النفخ. ثم يدفع الضغط الزائد بعمل التوتر السطحي وهذا يتناسب عكسيًا مع نصف قطر الفقاعة. وهذا يعني أنه إذا كان نصف قطر أكبر فقاعة في وعاء لا يتجاوز بضعة ميكرومتر فقط، فقد يحتاج التغلب على التوتر السطحي تجاوز نقطة الغليان بعدة درجات مئوية. وعندما تبدأ الفقاعة في الزيادة، ينخفض الضغط الناتج عن التوتر السطحي، بحيث تتمدد الفقاعة وتنفجر. من الناحية العملية، يوجد في معظم الأوعية خدوش أوغير ذلك من العيوب التي تعيق الجيوب الهوائية التي تمثل نقطة البداية للفقاعات. بيد حتى وعاء السائل الذي يشتمل فقط على فقاعات مجهرية قد يصل إلى درجة فرط الإحماء بطريقة مأساوية.

حدوث فرط الإحماء في فرن الميكروويف

يمكن حتى يحدث فرط الإحماء عند تسخين وعاء ماء دون إفلاق في فرن الميكروويف. وعند إخراج الوعاء من الفرن، يظهر حتى الماء لا يزال تحت نقطة الغليان. ولكن بمجرد إفلاق الماء، يتبخر بعضه بطريقة عنيفة ويتحول إلى بخار ويتناثر الماء المغلي خارج الوعاء. فقد يحدث الغليان عند تحريك الكوب أوإدخال أداة للتقليب أوإضافة أية مادة مثل القهوة الفورية أوالسكر. وتزداد فرص حدوث فرط الإحماء عند استخدام الأوعية الناعمة، فالخدوش أوالفلوق يمكنها الاستحواذ على نسبة صغيرة من الجيوب الهوائية التي تعمل كنقاط التنوي. وتزيد فرص حدوث فرط الإحماء عند تكرار دورات التسخين والتبريد لوعاء دون إفلاق السائل، مثلما يحدث عند إعادة تسخين كوب القهوة المنسي دون إخراجه أولاً من فرن الميكروويف. ذلك حتى دورات التسخين تقوم بإخراج الغاز من السائل بالتدريج. وهناك طرق لمنع حدوث فرط الإحماء في فرن الميكروويف، مثل وضع عصا خشبية في الوعاء أواستخدام وعاء به خدوش.

أسطورة

هناك اعتقاد رائج حتى فرط الإحماء يحدث فقط في المواد النقية. لكن هذا غير سليم، فلقد شوهد فرط الإحماء في القهوة وغيرها من السوائل غير النقية. فالشوائب تحول دون فرط الإحماء إذا كونت نقاط تنوٍ (مناطق مضطربة انحبس داخلها الغاز)؛ فمثلاً تميل الرمال إلى إخماد فرط الإحماء في الماء. ويمكن حتى يكوّن الغاز المذاب أيضًا نقاط تنوٍ عندما يخرج من المحلول ويكون فقاعات. بيد حتى الشوائب مثل الملح أوالسكر المذاب في الماء لتكوين محلول متجانس لا يمنع فرط الإحماء.

انظر أيضًا

موصدة
جيشان السائل (كيمياء)
نقطة حرجة (ديناميكا حرارية)
فرط التبريد
فائق التشبع
التبريد الدوني

المراجع

^ Critical Droplets and Nucleation, Cornell Solid State Lab نسخة محفوظة 24 يوليو2017 على مسقط واي باك مشين.
^ Atmosphere-ocean Interaction By Eric Bradshaw Kraus, Joost A. Businger Published by Oxford University Press US, 1994 ISBN 0-19-506618-9, pg 60.
^ Urban Legends Reference Pages: Superheated Microwaved Water
^ Beaty, William and U. Washington. "Impure water can also undergo superheating. Any superheated liquid can be dangerous so when superheating exercise caution". مؤرشف من الأصل فيسبعة أكتوبر 2018. اطلع عليه بتاريخ 24 نوفمبر 2007.