Πώς να παγώσετε το νερό χρησιμοποιώντας τη φωτιά;

Για να επιτύχετε μια "κρύα φωτιά", πρέπει να διατηρήσετε το αέριο γύρω της κρύο, διατηρώντας παράλληλα τα ελεύθερα κινούμενα ενεργειακά ηλεκτρόνια.

Ψυχρή φωτιά δεν είναι κάτι που μπορείτε να ξεκινήσετε στην αυλή σας ακριβώς έτσι. Αντίθετα, θα χρειαστείτε τις τέλειες φυσικές και χημικές συνθήκες για να πετύχετε αυτό το παράδοξο κόλπο.

Ωστόσο, προτού βουτήξετε σε «Κρύρα φωτιά DIY», θα πρέπει πρώτα να τυλίξετε το μυαλό σας γύρω από το φαινόμενο της φωτιάς και μερικές από τις κοινές παρανοήσεις γύρω από αυτό.

Τι είναι φωτιά… ακριβώς ?

Η φωτιά συχνά ορίζεται ως πλάσμα, που είναι μια από τις πρώτες κοινές παρανοήσεις. Είναι αρκετά δύσκολο για τους φυσικούς να θεωρούν σωστά τη φωτιά ως πλάσμα, γιατί στην πραγματικότητα, είναι ένα «μερικό πλάσμα» ή ένα «σχεδόν πλάσμα». Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με αυτό μπορείτε να βρείτε εδώ.

Η φωτιά παράγεται όταν υπάρχει επιταχυνόμενη οξείδωση ενός αντικειμένου που είναι εύφλεκτο στη φύση. Οι φλόγες που βλέπετε να λάμπουν και να χορεύουν πάνω από το φλεγόμενο αντικείμενο είναι συχνά αυτό που αποκαλείτε φωτιά. Αυτό, στην πραγματικότητα, είναι μόνο το μέρος της φωτιάς που εκπέμπει ορατό φως. Η φωτιά, από την άλλη πλευρά, είναι ολόκληρη η εξώθερμη μονάδα που εκπέμπει ενέργεια ως θερμότητα.

Το πλάσμα είναι ένα θερμό ιονισμένο αέριο που αποτελείται από ίσο αριθμό αρνητικά και θετικά φορτισμένων ιόντων. Είναι η τέταρτη κατάσταση της ύλης μετά το αέριο. (Φωτογραφία:Dmitri Ma/Shutterstock)

Οι πραγματικές φλόγες είναι απλώς αέριο που εξακολουθεί να αντιδρά και να ιονίζεται εν μέρει για να εκπέμπει ορατό φως. Τα πλάσματα, από την άλλη πλευρά, είναι αέρια στα οποία ένα καλό κλάσμα (σχεδόν όλα) των μορίων ιονίζεται. Φυσικά, η φωτιά και το πλάσμα εκπέμπουν και τα δύο ορατή ακτινοβολία, αλλά το πλάσμα είναι πολύ πιο ζεστό από τη φωτιά. Πάρτε για παράδειγμα τη συγκόλληση με τόξο πλάσματος. Ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από ένα αέριο που το μετατρέπει πλήρως σε πλάσμα, εκτοξεύοντας σε θερμοκρασίες άνω των 20.000 βαθμών Κελσίου. Οι υπεριώδεις ακτινοβολίες που εκπέμπονται σε αυτή τη διαδικασία είναι αρκετά ισχυρές ώστε να τυφλώνουν τον συγκολλητή, αν όχι για το μάτι ασφαλείας. Ωστόσο, μπορείτε να φανταστείτε μια λάμπα κεριού τόσο δυνατή;

Κάτι γνωστό στο οποίο όλοι συμφωνούμε είναι ότι η φωτιά θερμαίνει και καίει… πώς λοιπόν παράγετε μια φλόγα ψύξης;

Ό,τι λάμπει δεν είναι χρυσός. δεν είναι μόνο ο πάγος που είναι κρύος

Με μια βασική κατανόηση του πλάσματος και της φωτιάς, τώρα γνωρίζετε ότι ένα ηλεκτρικό ρεύμα που περνά μέσα από ένα αέριο το ιονίζει, αυξάνοντας τελικά τη θερμοκρασία του.

Για να επιτύχετε μια κρύα φωτιά, πρέπει να διατηρήσετε το αέριο γύρω της κρύο, διατηρώντας παράλληλα τα ελεύθερα κινούμενα ενεργειακά ηλεκτρόνια.

Ο τρόπος με τον οποίο το επιτυγχάνετε αυτό είναι να αφαιρέσετε τη θερμική ενέργεια του αερίου, ένα αέριο που ιονίζεται γρήγορα, εγκαταλείπει ελεύθερα ηλεκτρόνια με ευκολία και έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα Την ίδια στιγμή. Με τη θεωρία μας σε ισχύ, το μόνο που πρέπει να γίνει είναι να βρούμε το επιφανειακό μας αέριο. Ωστόσο, είσαι τυχερός, φίλε μου, καθώς οι φυσικοί έχουν ήδη λύσει αυτό το πρόβλημα για σένα.

Ηλιο

Το αέριο ήλιο ψεκάζεται μέσω του σωλήνα όπου το ηλεκτρόδιο στο άκρο ιονίζει το αέριο, και ταυτόχρονα, η θερμική ενέργεια του ιονισμένου αερίου απορροφάται από τον γυάλινο σωλήνα. (Φωτογραφία:Pixabay)

Το ευγενές αέριο «ήλιο» ικανοποιεί όλες τις απαιτούμενες ιδιότητες μας. Ο ρυθμός ροής του ηλίου ρυθμίζεται σε έναν γυάλινο σωλήνα προσαρτημένο σε ένα ηλεκτρόδιο, έτσι ώστε να κυκλοφορεί αρκετά γρήγορα ώστε να διασφαλίζεται ότι το αέριο δεν συσσωρεύει θερμική ενέργεια, αλλά ταυτόχρονα απελευθερώνει ελεύθερα ηλεκτρόνια. Καθώς το αέριο ρέει κατά μήκος του σωλήνα, η θερμική του ενέργεια απορροφάται από τον σωλήνα και επίσης ιονίζεται λόγω του δυναμικού που εφαρμόζεται στο ηλεκτρόδιο. Αυτό που κάνετε εδώ είναι να αφαιρείτε τη θερμότητα από τα άτομα, αλλά όχι από τα ελεύθερα ηλεκτρόνια.

Αλλά περιμένετε μόνο ένα δευτερόλεπτο!

Γιατί τα ελεύθερα ηλεκτρόνια δεν συμβάλλουν σε υψηλή θερμοκρασία; Εξάλλου, είναι επίσης αποθήκες τεράστιας ενέργειας λόγω της τυχαίας κίνησής τους μέσα στο αέριο. Η απάντηση είναι απλή - δεν έχουν την απαραίτητη μάζα. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, αν και ενεργητικά, σκιάζονται από τα πολύ βαρύτερα άτομα του αερίου, επομένως τα ψυχρά άτομα κυριαρχούν στη θερμοκρασία του αερίου.

Εύρηκα! Ώρα να φτιάξουμε παγάκια. Κρατήστε τη φλόγα της «κρύας φωτιάς» σας ακριβώς κάτω από μια σταγόνα νερού σε ένα ραβδί και δείτε τη σταδιακά να μετατρέπεται σε πάγο.

Μια άλλη μέθοδος κατάψυξης με χρήση θερμότητας

Οι ερευνητές ανακάλυψαν έναν ακόμη τρόπο χειρισμού του σημείου πήξης του νερού χρησιμοποιώντας αυτό που αποκαλούν οιονεί άμορφες πυροηλεκτρικές λεπτές μεμβράνες. Αυτές οι επιφάνειες αλλάζουν την ποσότητα του ηλεκτρικού ρεύματος που τις διαρρέει με βάση τις αλλαγές θερμοκρασίας που υφίστανται.

Υπερψύξη είναι η διαδικασία μείωσης της θερμοκρασίας ενός υγρού κάτω από το σημείο πήξης του χωρίς να αφήνεται το υγρό να γίνει στερεό. (Πίστωση φωτογραφίας:MO_SES Premium/Shutterstock)

Όταν οι πυροηλεκτρικές επιφάνειες είναι αρνητικά φορτισμένες, το σημείο πήξης του νερού πέφτει περαιτέρω, καθιστώντας δύσκολη την κατάψυξη. Όταν όμως έχει θετικό φορτίο, είναι πολύ πιο εύκολο να παγώσει το νερό. Παρατήρησαν ότι καθώς η θερμοκρασία αλλάζει το επιφανειακό φορτίο, το υπερψυγμένο νερό μπορεί να παγώσει καθώς θερμαίνεται.

Έκπληξη σωστά; Και καθόλου η συμβατική σας «επιστήμη της αυλής», έτσι; Αυτό το πεδίο έρευνας μπερδεύει συνεχώς την ανθρωπότητα, κάνοντάς μας να αμφισβητούμε τους εκ των προτέρων σχεδιασμένους νόμους μας και ανοίγοντας το δρόμο για τους νέους που δεν έχουν ακόμη γραφτεί!