ماهى درجه تبخر الأوكسجين

--------------------------------------------------------------------------------
في البداية أشكركم جزيل الشكر للسماح لي بالمشاركة في هذا المنتدى العلمي حيث أننا في أمس الحاجة إلى هذه المنتديات العلمية المفيدة و إنشاء مثل هذه المنتديات هو في غاية الإبداع و تدل على الرغبة في نشر العلوم المفيدة في المجتمع.

مختصر السؤال:
الغاز المضغوط –أكسجين مثلا- في اسطوانة عند خروجه يكون باردا عند الفوهة, فلماذا يخرج باردا ؟

تفصيل السؤال:

يحفظ الأكسجين الطبي في اسطوانات بطريقتين :

1-على شكل غاز : في درجة حرارة الغرفة في اسطوانة تحت ضغط عالي مهما كان حجم الاسطوانة الطبية.
2-على شكل سائل :في درجات حرارة أقل من 120 درجة مئوية تحت الصفر في اسطوانة تحت ضغط مشابه لما قبله.

أما عن سؤالي فهو يتعلق بالنوع الأول من الاسطوانات .

ومن الإجابات غير المقنعة التي حصلت عليها فهي :

1-أن الأكسجين هو في الأصل مادة باردة.

أما جواب هذه المعلومة فهو واضح عند كثير منكم , فلا يوجد مادة حارة و مادة باردة فجميع المواد تتأثر بالجو المحيط و الفرق بينهم في السعة الحرارية و مقدرة و سرعة إيصالها للطاقة الحرارية .

ولو قلنا أن الأكسجين بطبيعته بارد فلماذا لا تكون درجة حرارته منخفضة داخل الاسطوانة قبل إخراجه بل لماذا لا يكون الجو الخارجي باردا لاحتوائه على الأكسجين.

2- أن البرودة ناتجة من تبخر الأكسجين المضغوط داخل الاسطوانة عند السماح له بالخروج .

وهذا هو الجواب المتبادر للأذهان , و لكن :
أولا :من قال أن الأكسجين داخل هذا النوع من الأسطوانات هو في الحالة السائلة حتى يتبخر؟

فهو مجرد غاز مضغوط , و لا يمكن أن يتحول غاز الأكسجين إلى سائل إلا بعد تبريده إلى درجة غليانه (183 درجة مئوية تحت الصفر) تحت الضغط الجوي أو تبريده على الأقل إلى درجة حرارته الحرجة(119درجة مئوية تحت الصفر ) ثم حبسه تحت ضغط 49.7 atm على الأقل.

ثانيا :ولو فرضنا تبخر الأكسجين - وهذا خطأ كما أسلفنا - لكان انخفاض الحرارة يكون في الاسطوانة لا في الغاز الخارج.
لأن التبخر لا يحدث عند الفوهة بل داخل الأسطوانة على سطح السائل المزعوم , والاسطوانة هي التي فقدت الطاقة الحرارية و أعطتها لسائل الأكسجين لكي يتبخر – عند فرض أن الأكسجين كان سائلا داخل الاسطوانة و هذا خطأ كما أسلفنا - .

3- أن هناك طاقة بذلت على الغاز لحبسه داخل الأسطوانة فتحولت هذه الطاقة إلى طاقة كامنة مختزنة داخل الغاز و عند خروجه يفقد هذه الطاقة فيبرد.

وهذه إجابة لطيفة لا تخطر على الأذهان , ولكنها خادعة للأسباب التالية :

أولا : الفاقد للحرارة هو الذي تكون حرارته أعلى من المكتسب لها فلا يكون باردا.

ثانيا : الإحساس بالبرودة يكون بفقد حرارة اليد –مثلا- وإعطائها للمحسوس الأقل حرارة لا العكس .
بعبارة أخرى : أنك عندما تمسك كوب من الحليب الساخن فإنك تشعر بحرارته لأن الكوب يفقد طاقته الحرارية فيبرد و تكتسبها يدك فتسخن .
و عندما تمسك ثلجا فإنك تشعر ببرودته لأنك تفقد طاقتك الحرارية فتبرد يدك و يكتسبها الثلج فيذوب .

وبالتالي يتبين نقص هذه الإجابة .

4-أن الغاز عندما يزداد ضغطه تقل حرارته.

وهذه إجابة أيضا قد تخطر على الأذهان , ولكن :
أولا: الذي نعرفه أن التناسب بين الضغط و الحرارة عند ثبات بقية العوامل يكون طرديا لا عكسيا , بمعنى أن الحرارة عندما تزداد يزداد الضغط .

و ثانيا :لو فرضنا أن التناسب بين الضغط و الحرارة عكسيا لكان باردا لمجرد تخزينه في الاسطوانة لا عندما نخرجه.

وثالثا: لو فرضنا أن التناسب عكسيا فأين ذهبت الطاقة الحرارية المختزنة في الغاز؟ , لأن انخفاض درجة حرارة الغاز تعني انخفاض الطاقة الحرارية المختزنة في الغاز , وذلك لا يحدث إلا بفقد هذه الطاقة .

ورابعا: عند خروج الغاز من الاسطوانة فإن ضغطه يقل لا يزيد .

وبالتالي يتبين خطأ هذه الإجابة .

وبالتالي فلا يوجد لدي تفسير فيزيائي لانخفاض درجة حرارة الغاز المضغوط عند خروجه من الأسطوانة, فهل لإخواني الأعضاء و المشرفين أن يساعدونني في وضع تفسيرات محتملة لهذه الظاهرة الفيزيائية المثيرة للاهتمام؟

مشكورين و جازاكم الله خيرا و وفقكم الله لما فيه الخير و الصلاح.