پديده ي ابرگرم شدگي از آشپزخانه تا آشكارسازهاي ذرات بنيادي

براي كساني كه فيزيك خوانده اند پديده ي "ابرگرم شدگي" پديده ي آشنايي است. اما بد نيست اندكي در اين باره صحبت كنيم . مي خواهم يك مقدار بحث فيزيكي-فرهنگي بنمايم وبراي اين كه اين به اين بحث برسيم نياز هست كه مقدماتي در مورد اين پديده بدانيم. براي چندمين بار تاكيد مي كنم وبلاگ (حداقل وبلاگ من) محيط مناسبي براي آموزش فيزيك نيست. براي آموزش فيزيك بايد سر كلاس نشست و تمرين پشت سر تمرين حل كرد. اين گونه بحث هايي كه من در وبلاگم مطرح مي كنم علي الاصول از دو جهت مفيد مي تواند باشد: 1) بالا رفتن معلومات عمومي دوستاني كه رشته ي ديگري دارند. 2) فيزيكپيشگاني كه قبلا تمرين پشت سر تمرين حل كر ده اند، با استفاده از اين بحث ها و مدلسازي هاي ساده مي توانند به تدريج شهود فيزيكي خود را بر فرماليزم استوار سازند. در متن زير قسمت هايي كه صرفا براي فيزيك-خوانده هاست با فونت آبي مشخص شده اند. بدون خواندن اين قسمت هاي آبي نيز مي توانيد بقيه ي مطلب را پي بگيريد. حالا برويم سراغ بحث ابر گرم شدگي. كساني كه علاقه مندند مي توانند اين مقاله را مطالعه نمايند. مي دانيد كه در هر فشار يك دماي نقطه ي جوش براي مايعات وجود دارد. (البته دانشجويان فيزيك اينجا بايد به من ايراد بگيرند چرا كه بالاي نقطه بحراني چنين نيست. بله! درست است من در مورد دماهاي زير نقطه ي بحراني صحبت مي كنم. يادتان هست در مورد آب، نقطه بحراني چه دمايي داشت؟ فشارچي؟ فكر مي كنيد در طبيعت-نه در آزمايشگاه- چنين شرايطي مي تواند به وجود آيد؟ فكر مي كنيد فشار كف اقيانوس ها چند اتمسفر باشد؟ ) در شرايط خاص اما اتفاق مي افتد كه مايعي بيشتر از نقطه جوش خود گرم شود بي آن كه بجوشد! فكر مي كنم ماجرا هايي از اين قبيل را شنيده باشيد: يكي در مايكروفر آب گرم مي كرده كه مثلا نسكافه درست كند ولي همين كه پودر نسكافه را در فنجان ريخته آب داغ "ديوونه" شده و پريده از فنجان بيرون و روي سرو صورت يارو! در نگاه اول به چاخان مي ماند! به نظر مي رسد سازندگان اجاق هاي گازي اين شايعه را درست كرده اند تا مردم فكر كنند مايكروفر چيز عجيب غريب و خطرناكي است و به دنبال آن نروند. اما اين پديده واقعي و فيزيكي است و ريشه در همين ابر گرم شدگي دارد. براي آن كه جوش اتفاق بيافتد حباب هاي گاز بايد يواش يواش بزرگ شوند. كشش سطحي حباب در برابر بزرگتر شدن حباب مقاومت مي كند.دانشجويان فيزيك حتما مي دانند كه هر چه سطح حباب كوچك باشد كشش سطحي بيشتر است. به عبارت ديگر حباب هاي بزرگتر راحت تر بزرگ مي شوند. براي اين كه شهود خود را مبتني بر فرماليزم كنيد در مورد حباب مدلسازي كنيد و همين نكته را با فرماليزم نشان دهيد. در شرايط معمولي در مايع حباب هاي هوا و... از قبل هست كه هسته هاي اوليه ي حباب را تشكيل مي دهند وباعث جوشيدن مي شوند. اگر اين حباب هاي ريز هوا در داخل مايع از قبل وجود نداشته باشند حباب هاي گاز خود مايع نمي توانند به راحتي بزرگ شوند در نتيجه پديده ي ابر گرم شدگي مي تواند اتفاق بيافتد. اگر ظرف دربردارنده ي مايع عاري از هر گونه خراش باشد ممكن است حباب هاي هوا در داخل مايع به اندازه ي كافي وجود نداشته باشد. با گرم وسرد كردن متوالي فنجان در مايكروفر (بدون بيرون آوردن آن ) احتمال ابرگرم شدگي بيشتر مي شود. چرا كه درهر چرخه حباب هاي هوا بيشتر خارج مي شوند. نكته ي ديگر آن كه ابرگرم شدگي براي محلول هم مي تواند رخ دهد. ابرگرم شدگي در ساختن آشكارسازهاي ذرات بنيادي هم كاربرد دارد كه در يادداشت بعدي ام توضيح مي دهم. در اينترنت فيلم هاي زيادي از اين پديده هست. كافي است superheating videoرا جست وجو كنيد. چند سئوال براي فكر كردن ومطالعه كردن و احتمالا آزمايش انجام دادن: كشش سطحي آب خالص بالاتر است يا آب شور و يا شربت؟ با اين حساب ابرگرم شدن در كداميك محتمل تر است؟