logo
episode-header-image
Oct 2023
12m 33s

نوبل عام 1949.. الاقتراب من الصفر المُطل...

NATURE MIDDLE EAST
About this episode

ينصُّ القانونُ الثالثُ للديناميكا الحرارية، المعروفُ أيضًا باسمِ نظريةِ "نيرنست" الحراريةِ على أنَّه منَ المستحيلِ الوصولُ إلى الصفرِ المطلقِ لدرجةِ الحرارةِ بأيِّ عددٍ محدودٍ منَ العمليات. بعبارةٍ أخرى، عندما يقتربُ النظامُ منَ الصفرِ المطلق، فإنَّ إنتروبيا النظامِ تقتربُ منَ الحدِّ الأدنى للقيمة، وغالبًا ما يتمُّ أخذُها على أنَّها صفر، ولا يمكنُ حدوثُ مزيدٍ منَ الانخفاضِ في الإنتروبيا.

 

والصفرُ المطلقُ هوَ أدنى درجةِ حرارةٍ يمكنُ تحقيقُها نظريًّا والذي يعادلُ مِئتَينِ وثلاثًا وسبعينَ درجةً فاصلة خمسةَ عشَرَ تحتَ الصفرِ المئوي، حيثُ تتوقفُ كلُّ الحركةِ الجزيئية. لكنْ؛ وفي الحالةِ النظرية؛ فإنَّ إنتروبيا مادةٍ بلوريةٍ تمامًا عندَ الصفرِ المطلقِ ستساوي صفر.

 

ففي مادةٍ متبلورةٍ تمامًا عندَ الصفرِ المطلق، يتمُّ ترتيبُ الذراتِ أوِ الجزيئاتِ في نمطٍ منتظمٍ محددٍ جيدًا حيثُ لا توجدُ طاقةٌ حراريةٌ متاحةٌ للتسببِ في أيِّ اهتزازاتٍ أوْ حركاتٍ للجسيمات، وبالتالي، يكونُ النظامُ في أدنى حالةِ طاقةٍ له معَ الحدِّ الأقصى منَ الترتيبِ والحدِّ الأدنى منَ الاضطراب.

 

لكنْ؛ منَ المهمِّ أنْ نلاحظَ أنَّ تحقيقَ درجةِ حرارةٍ صفريةٍ مطلقةٍ أمرٌ مستحيلٌ عمليًّا، فالإنتروبيا الصفريةُ لمادةٍ متبلورةٍ تمامًا عندَ الصفرِ المطلقِ هيَ مفهومٌ مثاليٌّ يُستخدمُ في المناقشاتِ النظريةِ والحساباتِ في الديناميكا الحرارية. في الواقع، تحقيقُ الصفرِ المطلقِ غيرُ ممكنٍ بسببِ مبدأِ عدمِ إمكانيةِ الوصولِ للقانونِ الثالث.

 

لكنْ؛ ماذا عنِ الاقترابِ منَ الصفرِ المطلق؟

 

قدمَ الفائزُ بجائزةِ نوبل الكيمياءِ لعامِ ألفٍ وتِسعِمئةٍ وتسعةٍ وأربعينَ "ويليام فرانسيس جيوك" أعظمَ مساهماتِه في الكيمياءِ بعدَ أنْ تمكنَ -منْ خلالِ المهارةِ التجريبيةِ الفائقة- منَ التغلبِ على العديدِ منَ الصعوباتِ الكبيرةِ التي يجبُ أنْ تكونَ متأصلةً في التحقيقاتِ حولَ سلوكِ الموادِّ عندَ الاقترابِ منَ الصفرِ المطلقِ بعدَ أنْ تمكنَ منِ ابتكارِ طريقتِه الخاصةِ المعروفةِ باسمِ التبريدِ المغناطيسيِّ والتي تغلبتْ على التقنياتِ السابقةِ الهادفةِ  إلى الوصولِ إلى درجاتِ حرارةٍ أقربَ إلى الصفرِ المطلق.

طورتْ دراساتُ "جيوك" بشكلٍ كبيرٍ فهمَنا للإنتروبيا، بعدَ أنْ أجرى تجاربَ دقيقةً لقياسِ تغيراتِ الإنتروبيا للموادِّ عندَ درجاتِ حرارةٍ منخفضة، ليقدمَ بحثُه رؤىً قيمةً حولَ سلوكِ المادةِ في الظروفِ القاسيةِ وهوَ الأمرُ الذي وسَّعَ معرفتَنا بالخصائصِ الديناميكيةِ الحراريةِ للمواد.


كيفَ تمكنَ "جيوك" منَ الاقترابِ منَ الصفرِ المطلق؟

 

تعتمدُ طريقةُ "جيوك" على الموادِّ البارامغناطيسية، وهيَ مادةٌ تحتوي على إلكتروناتٍ غيرِ متزاوجةٍ وتنجذبُ بشكلٍ ضعيفٍ إلى مجالٍ مغناطيسي؛ مثلَ كبريتاتِ الجادولينيوم.

 

في البدايةِ، تكونُ المادةُ البارامغناطيسيةُ في حالةٍ غيرِ مغناطيسيةٍ عندَ درجةِ حرارةٍ أعلى. يتمُّ تطبيقُ مجالٍ مغناطيسيٍّ قويٍّ على المادة، عبرَ محاذاةِ لفاتِ الإلكتروناتِ غيرِ المُزاوجةِ معَ اتجاهِ المجال. تؤدي المحاذاةُ إلى ارتفاعِ درجةِ حرارةِ المادةِ بسببِ زيادةِ طاقتِها المغناطيسية.

 

بعدَ ذلك؛ تُعزلُ المادةُ البارامغناطيسيةُ حراريًّا عنْ محيطِها لضمانِ عدمِ تبادُلِ الحرارةِ معَ البيئةِ الخارجيةِ أثناءِ عمليةِ إزالةِ المغناطيسية، مما يجعلُها عمليةً ثابتةَ الحرارة؛ وبمجردِ عزلِها، يتمُّ تقليلُ المجالِ المغناطيسيِّ تدريجيًّا إما عنْ طريقِ تحريكِ المادةِ بعيدًا عنْ مصدرِ المجالِ المغناطيسيِّ أوْ عنْ طريقِ تقليلِ التيارِ المتدفقِ عبرَ الملفِّ الذي يولِّدُ المجال. معَ انخفاضِ المجال، يصبحُ دورانُ الإلكتروناتِ غيرِ المزاوجةِ أقلَّ محاذاةً معَ المجال.

 

وعندَما ينخفضُ المجالُ المغناطيسي، تنخفضُ الطاقةُ المغناطيسيةُ للمادةِ البارامغناطيسيةِ أيضًا. وفقًا لقوانينِ الديناميكا الحرارية، يصاحبُ انخفاضَ الطاقةِ انخفاضٌ في درجةِ الحرارة. نتيجةً لذلك، تنخفضُ درجةُ حرارةِ المادة؛ ويمكنُ تكرارُ عمليةِ تقليلِ المجالِ المغناطيسيِّ ومراقبةُ انخفاضِ درجةِ الحرارةِ عدةَ مراتٍ لتحقيقِ درجاتِ حرارةٍ أقل. تؤدي كلُّ دورةٍ منْ إزالةِ المغناطيسيةِ الثابتةِ للحرارةِ إلى مزيدٍ منَ الانخفاضِ في درجةِ الحرارةِ حتى تصلَ المادةُ إلى درجةِ حرارةٍ قريبةٍ منَ الصفرِ المطلق.

 

وحينَ تقتربُ المادةُ منَ الصفرِ المُطلق؛ تبدأُ في تقليلِ اهتزازاتِ الذرات؛ وتبدو ذراتُها مُرتبةً داخلَ بلوراتٍ شبهِ مثالية؛ ما يسمحُ للعلماءِ بدراستِها بصورةٍ أفضل.



Hosted on Acast. See acast.com/privacy for more information.

Up next
Nov 2023
نوبل الكيمياء عامَ 1955.. الكبريتُ والحب
قدْ لا يثيرُ الكبريتُ، برائحتِه المميزةِ ولونِه الأصفرِ، أفكارًا مباشرةً حولَ العناصرِ الأساسيةِ للحياة، لكنَّه عنصرٌ لا غِنى عنه في الحياةِ كما نعرفُها. فالكبريتُ هوَ عنصرٌ موجودٌ في العديدِ منَ الجزيئاتِ البيولوجيةِ ويؤدي عدةَ أدوارٍ حاسمةٍ في الكائناتِ الحية؛ فالكبريتُ جزءٌ لا ... Show More
12m 18s
Nov 2023
نوبل الكيمياء عامَ 1954.. رجلُ الروابطِ والسلام
الكيمياءُ مليئةٌ بالأسئلةِ التي لمْ يُجَبْ عنها. أحدُ الأسئلةِ الأولى التي طرحَها الناسُ منذُ العصورِ القديمةِ هوَ: ممَّ يتكونُ العالم؟أيْ أنَّنا إذا قمنا بتكبيرِ الجلدِ الموجودِ على طرفِ أصبعكَ بمقدارِ مليار مرة؛ فماذا سنرى؟ هلْ سيبدو ذلكَ مختلفًا عنْ تكبيرِ تفاحةٍ مثلاً؟ إذا قم ... Show More
24m 33s
Nov 2023
نوبل الكيمياء عامَ 1953.. رائدُ كيمياءِ البوليمرات
في عالمِ الكيمياء، كانتِ الحدودُ الفاصلةُ بينَ الموادِّ الطبيعيةِ والاصطناعيةِ غيرَ واضحة. فالمنتجاتُ الطبيعيةُ مثل المطاطِ والسليلوزِ والبروتيناتِ كانتْ جزءًا منْ حياةِ الإنسانِ لعدةِ قرون. تلكَ الموادُّ لها خصائصُ فريدةٌ تجعلُها لا غنى عنها، بدءًا منَ المرونةِ المذهلةِ للمطاطِ ... Show More
10m 26s
Recommended Episodes
May 2023
(اپیزود 82 - مصاحبه با دکتر حمیدیان پیرامون عمل جراحی تطبیق جنسیتی (قسمت اول
به اپیزود شماره 82، پادکست فارسی سکسولوژی خوش آمدید. پادکست های سکسولوژی در دو بخش فارسی و انگلیسی در پادگیر ها در دسترس شماست. موضوع: مصاحبه با دکتر حمیدیان پیرامون عمل جراحی تطبیق جنسیتی - قسمت اولسلام عرض میکنم خدمت شما عزیزان و همراه پادکست سکسولوژی. این هفته برخلاف روال پیشی ... Show More
49m 20s
Aug 2019
الزحمة وهندسة المرور | مع م. إبراهيم آل مهنا
57m 33s
Sep 2024
چرا گاهی مهرطلب ها و خودشیفته ها جذب همدیگر می شوند؟
🔺پادكست یک دقیقه با من    ▫️موضوع : چرا گاهی مهرطلب ها و خودشیفته ها جذب همدیگر می شوند؟   ▪️بخش تکمیلی : اپیزود ۱۱ پکیج طرحواره ها برای تهیه پکیج طرحواره ها به آیدی @sepblogpodcast پیام بدهید   نسخه ویدیویی اپیزود در یوتیوب https://youtu.be/oKUC9gf76BY?si=S3xPuCZDTG69oxEB   دو ... Show More
40m 53s
Jul 2019
التصنيع بالإضافة | مع م.عبدالرحمن جيلاني
55m 10s
Feb 2025
Episode 168: ژورنالینگ - Journaling
ناگفته‌های چالش های روزانه ما در روابط و اتفاقات زندگی با زبان ساده و عامیانه توسط سولماز برقگیر، لایف کوچ و استراتژیست روابط موثر، روان درمانگر در تورنتو کانادااپیزود ۱۶۸ پادکست "لام تا کلام" : ژورنالینگ تا الان شده کلی فکر تو سرت بچرخه ولی ندونی چجوری سر و سامونش بدی؟ یا شده یک ... Show More
21m 22s