إذا سُخَّنَت مقلاة إلى درجة حرارة أعلى من درجة غليان الماء ثم رُست بعض قطرات الماء عليها، فستنتشر القطرات وتظلُّ موجودة لمدة ثوان فقط قبل أن تتبخر. ومن المدهش أنه إذا كُرّرت هذه التجربة مرة أخرى على مقلاة أكثر سخونة (بدرجة حرارة أعلى من 200 درجة مئوية فستتجمع قطرات الماء على شكل خرزات وقد تدوم على حالها كما هي لعدة دقائق، فكيف يكون ذلك ممكنا والمقلاة أشدُّ سخونة بكثير؟ يعرف هذا التأثير باسم تأثير «ليد نفروست»، نسبةً إلى يوهان جوتليب ليدنفروست الذي درس هذه الظاهرة في عام 1756 لم يكن عمل هيرمان بورهافا السابق في هذا المجال معروفا بنفس القدر). فأثناء تراقص قطرات الماء الخرزية الشكل على سطح المقلاة الساخن، قد ترى القطرات الأصغر حجمًا تهتز مكوّنة أشكالاً شبه هندسية، ستظهر أي صورة ضوئية هذه الأشكال بكل سهولة. إذا كانت الاهتزازات ثابتة بما يكفي، يمكنك أن «تجمدها» في مكانها عن طريق تعريضها لوامض ضوئي باستمرار، أما القطرات الأكبر، فتتحرك مثل الأميبا البطيئة. وفي بعض الأحيان، سيُصدِر كِلا النوعين من القطرات صوت طشطشة عاليًا ونفخة من بخار الماء، فما الذي يتسبب في هذه السلوكيات؟

هل لتأثير ليدنفروست علاقة بالعادة القديمة التي كان يقوم فيها الناس باختبار درجة سخونة المكواة عن طريق بل أصابعهم باللعاب ثم لمسها؟ لماذا لا يحترق الإصبع عندما يُلامس المعدن الساخن لفترة وجيزة؟

اعتدتُ منذ عام 1974 أن أُسلِّي طلابي بخدعة؛ إذ كنتُ أدس أصابعي لفترة وجيزة في الماء أولا، ثم أدسها في رصاص منصهر تبلغ درجة حرارته حوالي 400 درجة مئوية. فكيف يُحافظ الماء على أصابعي ؟ الحماقتي، أهملت استخدام الماء في مرة من المرات، ولكنني أدركت الخطأ على الفور عندما لمست المعدن السائل المنصهر، فقد كان شديدا الألم.

قبل أن أكمل، لا بد أن أُحذِّر من أنَّ هذه التجربة في غاية الخطورة، كما هو واضح، يمكن أن تحترق إصبعي إذا لمست الرصاص المنصهر، وإذا كان الوعاء مائلا فيمكن أن ينسكب علي الرصاص المنصهر ويحرق جسدي بأكمله. ومع ذلك فهناك خطران آخران أقل وضوحًا. إذا كان الرصاص قريبًا من نقطة الانصهار، فمن الممكن أن يؤدي الوجود المفاجئ لماء أبرد بكثير وإصبع إلى أن يتصلب الرصاص الذي ستكون درجة حرارته 328 درجة مئوية حول إصبعي، التي ستُصبح درجة حرارتها بالمثل بعد ثوان قليلة. أما الخطر الثاني فهو أنه إذا كان الماء كثيرًا على الإصبع، فسيتبخّر بعض منه بقوة شديدة بحيث يؤدي تمدده إلى تناثر الرصاص المنصهر على وجهي. وقد عانيتُ بالفعل من حروق شديدة على وجهي وذراعي جراء هذه الانفجارات.

يظهر مثال مُشابه لتأثير ليدنفروست في رواية روبرت روارك الأكثر مبيعًا «سمتينج أوف فاليو»، إذ أجبرت إحدى القبائل رجلين على لعق سكين ساخن للغاية لتكشف أي منهم يقول الحقيقة كانت الفكرة وراء هذا الأمر هي أن الرجل الكاذب سيكون لسانه جافا من الخوف؛ لذا سيحترق لسانه، أما الصادق فسيكون لسانه رطبا؛ ومن ثم لن يُصيبه أي ضرر. لم تكن تعلم القبيلة عن تأثير ليدنفروست بالاسم، ولكنها أدركت مبادئ عمله.

إذا صُبَّ النيتروجين السائل على سطح مستو فستتراقص قطراته على السطح مثل تراقص قطرات الماء على سطح المقلاة الساخن، وذلك على الرغم من أن درجة حرارة النيتروجين تكون سالب 200 درجة مئوية ويفترض أن يتبخّر على الفور، إلا أنه يبقى كما هو. كيف يسمح تأثير ليدنفروست للنيتروجين بألا يتبخّر؟

ولعلك شاهدت النيتروجين السائل مُستخدما في تجربة علمية شهيرة؛ حيث تُغمر فيه زهرة. وبعد أن تصل الزهرة إلى درجة حرارة السائل تُسحب ثم تُصدم بسطح الطاولة. تكون الزهرة المجمدة هشة جدًّا لدرجة أنها تتكسر إثر الاصطدام وتتناثر على هيئة أجزاء صغيرة في أنحاء الطاولة.

لسنوات اعتدت تقديم تجربة الزهرة في صفّ الفيزياء ثم بأداء مسرحي إلى حد ما، كنت أضع وعاء النيتروجين السائل على شفتي وأصبُّ كمية كبيرة من السائل في فمي مع الحرص على عدم ابتلاعه وبعد ذلك كنتُ أزفر من فوق السائل، فتخرج سحابة دخانية كبيرة تُشبه التنين منه. تكونت السحابة الدخانية عندما مرَّ الهواء المشبع بالرطوبة من رئتي فوق النيتروجين السائل وتكثفت بعض الرطوبة في الوسط البارد للنيتروجين مُكَوِّنَةٌ قطرات ماء جعلت السحابة الدخانية تظهر بوضوح، ولكن لماذا لم يتشقق لساني مثلما يحدث للزهرة؟

 مرة أخرى، ينطوي هذا الأمر على العديد من المخاطر، فقد كان من الممكن أن تتجمد شفتاي، إذ أحيانًا ما تتجمد الشفتان عندما تلامسان الوعاء المعدني، وتلتصقان بحافة الوعاء، وكنتُ سأعاني لاحقًا من تقرحات في هذه الأماكن التي تعرضت للتجمد. أما الأمر الأكثر خطورة فيتمثل في الميل الطبيعي للبلع عند وجود شيء داخل الفم. إذا ابتلعتُ النيتروجين السائل، كان حلقي ومعدتي سيتضرران بشدَّة جراء تعرضهما للسائل البارد لفترات طويلة أولا، ثم إلى غاز النيتروجين البارد الذي يتبخّر من السائل ثانيًا. فُوجِئتُ بخطرٍ آخر في آخر أداء لي لهذه التجربة، إذ تسببت برودة السائل أو الغاز على ما يبدو في انكماش سِنتَين من أسناني بما فيه الكفاية حتى تشققت مينا السنتين. لم ألاحظ شيئًا في ذلك الوقت، ولكن خلال جلسة فحص الأسنان التالية، أخبرني طبيب الأسنان أنه . بعد الفحص الدقيق صارت هاتين السنتين تُشبهان خرائط الطُّرق وأقنعني بأن أتخلى عن أداء هذه التجربة.

الجواب: عندما تقترب قطرة ماء من سطح معدني ساخن، ولكن درجة حرارته أقل من 200 درجة مئوية، تنتشر القطرة على سطح المعدن ولكنها تتبخّر سريعا. أما عندما تكون درجة حرارة السطح المعدني أعلى من 200 درجة مئوية، فلا تنتشر قطرة الماء على السطح. فبينما تقترب القطرة من السطح المعدني، يتبخّر جزء من الماء الموجود على السطح السفلي ويُحدِثُ وسادة ضيقة من بخار الماء تستقر عليها باقي القطرة. تتجدد هذه الوسادة باستمرار كلَّما تبخّر المزيد من السائل الموجود في قاع القطرة. ومن ثُمَّ، بما أنَّ القطرة لا تلامس السطح المعدني، فلا تسخن بسرعة نتيجة للحمل الحراري عن طريق البخار والإشعاع الحراري الصادر من المعدن على العكس مما يحدث عندما تلامس السطح مباشرة فتسخن بسرعة. وهكذا يمكن لقطرة الماء العائمة هذه أن تظل موجودة لفترة أطول. عندما أدس أصابعي الرطبة في الرصاص المنصهر، يتبخّر بعض أو كل الماء الذي يُغطيه، ومِن ثُمَّ تصير أصابعي محميَّةً مؤقتًا بقفاز من البخار؛ إذ إِنَّ البخار يُبطئ من انتقال الحرارة. إذا لامس الرصاص المنصهر بشرتي، فسيكون انتقال الحرارة سريعا للغاية بحيث قد تؤدي لمسة وجيزة إلى الإصابة بالحروق. لو أنني لمستُ بأصبع مُبتلة قطعة صلبة من المعدن شديدة السخونة، فستكون مُلامستي لها بلا احتكاك نظرا لطبقة البخار التي تتشكل حينئذ. أخبرني أحد الحدادين أن انعدام الاحتكاك هو ما يدفعه إلى إلقاء قطعة معدنية بالغة السخونة من يده حينما يلتقطها دون قصد بيده المبللة بالعرق؛ إذ إنه إذا انتظر حتى يشعُر بالألم كي يتركها فستأتيه إشارة الشعور بالألم بعد فوات الأوان واحتراق يده بشدة.

عندما يُسكَبُ النيتروجين السائل على أحد الأسطح، كما هو الحال في فمي، يتبخر جزء من السائل بطول الجانب السفلي ويدعم السائل المتبقي، وهو عادة ما يمنع أي اتصال مباشر مع السطح. بعدئذ، تُستنزف الطاقة الحرارية ببطء من السطح إلى السائل عن طريق الحمل الحراري والإشعاع، لكن ليس بنفس سرعة التوصيل الحراري الذي يحدث عند الاتصال المباشر. يحدث تأثير «معاكس لتأثير ليدنفروست» عندما تسقط قطعة معدنية بالغة السخونة في الماء، إذ إنَّ الماء الذي يُلامس القطعة الساخنة أولا يتبخّر، ثم يُغطِّي المعدن ويؤخّر عملية تبريده. عندما تنخفض درجة حرارة سطح المعدن إلى ما دون 200 درجة مئوية يبدأ الماء في ملامسة السطح ويغلي حتى يتبخّر.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

المجمع العلمي يقيم برنامجًا قرآنيًّا رمضانيًّا في جامعة الكوفة

الحلقة 21 من جائزة العميد القرآنية تشهد تأهل القارئ محمد حسن زاده من أفغانستان إلى المرحلة النهائية

موكب أهالي كربلاء يحيي ذكرى شهادة الإمام علي (عليه السلام) عند مرقده الطاهر

لليوم الثالث.. شعبة الخطابة تنظم مجالس العزاء لإحياء ذكرى شهادة الإمام علي (عليه السلام)

المزيد

الآخبار الصحية

تأثير اللياقة البدنية على الدماغ

تجربة سريرية تظهر فوائد اللوز للمصابين بالسمنة

اكتشاف طريقة غير متوقعة لتقليل خطر الإصابة بالسكري

خمسة مؤشرات صحية مهملة قد تنقذ حياتك

المزيد

الآخبار التكنلوجية

علماء الجيولوجيا يفكون لغز الصدع العملاق تحت الماء في المحيط الأطلسي

تحذير جديد: الاحترار العالمي يتسارع وقد نكسر حاجز 1.5 درجة قبل 2030

الصين تكشف عن ألياف كربون تفوق قوة الفولاذ بـ10 مرات

الجهاز المناعي يظهر دورا غير متوقع في صحة العظام

المزيد

مواضيع ذات صلة

النظرية الحركية للمادة

نسبة القيمتين

هل الحرارة هيولة؟

The Radiometer

The Measurement of Expansion of Gases

The Measurement of Expansion of Solids

The Spheroidal State

The Reflection of Radiant Heat

The Expansion of Water

Selective Absorption

Radiating and Absorbing Powers

The Law of Charles