منو
 کاربر Online
901 کاربر online
 : فیزیک
برای پاسخ دادن به این ارسال باید از صفحه قبلی اقدام کنید.   کاربر offline دبیر گروه فیزیک 3 ستاره ها ارسال ها: 2228   در :  دوشنبه 12 مرداد 1388 [07:30 ]
  توضيحي جديد براي انبساط آب در هنگام خنك شدن
 

توضيحي جديد براي انبساط آب در هنگام خنك شدن

اغلب ما در اولين درس‌هاي علوم خود ياد مي‌گيريم كه اجسام در هنگام خنك شدن منقبض مي‌شوند (همين طور در هنگام گرم شدن معمولاً منبسط مي‌شوند). با اين همه، آب استثنايي بر اين قاعده‌ي كلي است.

اين ماده‌ي معمولي در هنگام خنك شدن به جاي منقبض شدن معمولاً منبسط مي‌گردد. برخي دانشمندان براي توجيه اين پديده، از مدل «مخلوط» استفاده كرده‌اند كه مدعي آن است كه مؤلفه‌هاي يخ‌گونه‌ي با چگالي كم بر اثر خنك شدن دست بالا را دارند اما ماساكازو ماتسوموتو1 در مركز تحقيقات علوم مواد دانشگاه نگوياي ژاپن نظر متفاوتي دارد. او يافته‌هاي خود را در فيزيكال ريويولتررز تحت عنوان «چرا آب هنگام خنك شدن منبسط مي‌شود؟» توصيف كرده است.

نظريه‌پردازان مي‌گويند كه بر اثر خنك شدن آب مايع فوق سرد ساختار يخ مانندي در آن به وجود مي‌آيد، افزايش اين حوزه‌هاي ناهمگن با چگالي كم موجب بي‌قاعدگي در چگالي مي‌شود. به نظر ماتسوموتو «اين توصيف ساده و منطق به نظر مي‌رسد. آزمايشگران اين مدل ساده‌ي نظريه‌پردازان را باور دارند و داده‌هاي خود را بر مبناي آن توجيه مي‌كنند.»

با اين همه، اين ناهمگني موجود در مدل مخلوط را آزمايش واقعاً تأييد نكرده است. ماتسوموتو مدل آب فوق سرد را در نظر گرفته است و مي‌خواهد ببيند كه آيا مي‌تواند ساز و كار انبساط آب را در شرايطي كه بايد منقبض شود، كشف كند. ماتسوموتو روش جديدي را براي تحليل پيوند هيدروژني شبكه ساختار موجود در آب فوق سرد يافته است. او دريافته است كه ساختار آب فوق سرد را مي‌توان تركيبي از انواع ساختار چندوجهي مانند در نظر گرفت. او مي‌گويد كه اين موضوع فرصت خوبي براي آزمودن روش موردنظر اوست.

آب ماده‌اي است كه شبكه تشكيل مي‌دهد. ساختار اين شبكه را مي‌توان به شكل اسفنج آشپرخانه درنظر گرفت. ساختار اسفنج در ابتدا به شكل كف فاقد غشاء است كه تنها پيوندهاي باريكه‌اي آن باقي مانده‌اند. در هر دو شبكه‌ي آب و اسفنج آشپزخانه، چهار پيوند در يك نقطه يا گره به هم برخورد مي‌كنند تا شبكه‌اي سه بُعدي با اتصالي كاتوره‌اي را تشكيل دهند. همان طور كه پلاتو در قرن نوزدهم متذكر شده است، چهار باريكه اسفنج مانند شبكه‌ي هيدروژني آب در يك گره به صورت هرم مثلث‌القاعده به هم مي‌پيوندند.

ماتسوموتو با بهره‌گيري از شبيه‌سازي رايانه‌اي سه روش تغيير حجم يافته‌هاي اسفنج را بررسي كرده است كه عبارت‌اند از: گسترش پيوندها، تغيير زاويه‌ي بين پيوندها و تغيير توپولوژي شبكه با فرق گذاشتن بين اين سه عمال، ساز و كار موجود كاملاً نمايان مي‌شود. يكي از آن‌ها در انبساط گرمايي نقش دارد، ديگري عامل انقباض گرمايي است و آخري نقشي در هيچ كدام ندارد. چگالي بيشينه در نتيجه‌ي رقابت اين سه عامل حاصل مي‌شود.

ماتسوموتو متوجه شده است كه كم شدن حجم ناشي از انحراف زاويه‌هاي پيوند از زاويه‌هاي چهاروجهي معمولي است. او اين ايده را براي طبقه‌بندي ساختارهاي موضعي نيز به كار گرفته است. او مي‌گويد كه با واپيچيده شدن زاويه‌هاي پيوند از زاويه‌هاي چهار وجهي منتظم هر نوع ساختار موضعي منقبض مي‌شود. آب بدون توجه به نوع ساختار موضعي، براثر واپيچيدگي زاويه‌اي گرمايي به صورت همگن منقبض مي‌شود.

در حال حاضر، باز توليد شبيه‌سازي‌هاي ماتسوموتو به صورت تجربي كاري دشوار است. به نظر او «مشاهده‌ي ناهمگن‌هاي ميكروسكوپي هنوز بسيار دشوار است» اما اميدوار است كه نظريه‌پردازان و آزمايشگران ايده‌ي او را به عنوان شق ديگر ايده‌ي تشكيل حوزه‌هاي يخ مانند با چگالي كم در آب در حال خنك شدن در نظر بگيرند. يافته‌هاي او در توجيه داده‌هاي تجربي مربوط به آب فوق سرد، همين‌طور آب در حوالي ديواره‌ها، محلول‌ها و مولكول‌هاي زنده تأثير دارد.

http://www.physorg.com/news167040410.html

1 - Masakazu Matsumoto

  امتیاز: 0.00