آب همواره ترکیبی جدا نشدنی از زندگی بشر بوده است. از دیرباز تا کنون انسان از آب در موارد مختلفی استفاده نموده است. آسیاب های آبی تنها نمونه ای از استفاده آب در زندگی بشر است. به دلیل کاربرد فراوان آب در زندگی انسان منجر به آزمایشات مختلفی ب روی آن شده است. یکی از این آزمایشات، آزمایش پل آبی معلق است. آزمایش پل آبی معلق یکی از شگفت انگیزترین آزمایشات آب است. برای این آزمایش به مقداری آب، دو بشر و یک میدان الکتریکی با ولتاژ بالا نیاز است. در ادامه این مقاله می خواهیم به بررسی آزمایش پل آبی معلق و نحوه انجام آن بپردازیم. با ما همراه باشید تا با این شگفتی آب بیشتر آشنا شوید.
نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی بسیاری از پدیده های علم شیمی پرداخته است. مباحثی مانند الکتروشیمی، واکنش های مایکل و… در نشریه علمی جهان شیمی فیزیک بررسی شده اند. در ادامه با شناخت و بررسی پل آبی معلق همراه ما باشید.
آب و شناخت آن
آب ماده ای است که برای حیات انسان و سایر موجودات کره زمین حیاتی است. دانشمندان آزمایشات زیادی را بر پایه آب و در محیط های آبی انجام می دهند. درواقع با شناخت آب و واکنش های مختلفش می توان به پیشرفت بیشتر علم و فناوری کمک نمود. خواص شیمیایی آب و پارامتر های شیمیایی آن به ویژگی ها و خصوصیات شیمیایی آب گفته می شود. البته مواد حل شونده می توانند از لحاظ کمی و کیفی ماهیت شیمیایی آب را تغییر دهند. آب طعم و بوی خاصی نداشته و اگر طعمی از آن احساس شود، ورود یون های مختلف به آن موجب این موضوع شده است. انحلال برخی گاز ها در آب نیز می توانند باعث ایجاد بو در آب شوند. آب ترکیبی معدنی بوده و ماده اصلی هیدروسفر کره زمین است. در مایعات موجود در همه موجودات زنده آب وجود دارد.
این ماده از عناصر اکسیژن و هیدروژن ساخته شده است و نوع پیوند آن کووالانسی است. آب در اقتصاد جهان نقش بسزایی دارد. بنابراین دانشمندان همواره در پی کشف موارد جدیدی از این ماده شگفت آورند. پل معلق آبی نیز یکی از پدیده های شگفت انگیز آب است. این پدیده افکار بسیاری را به خود معطوف نموده است.
عملکرد پل آبی معلق
هنگامی که دو بشر پر از آب مقطر روی صفحه ای نارسانا قرار گیرد پدیده پل آبی اتفاق می افتد. برای این اتفاق لازم است تا شارژ الکتریکی مثبت با ولتاژ بالا به یک بشر و شارژ الکتریکی منفی با ولتاژ بالا به بشر دیگر وارد شود. وقتی آب تحت تاثیریک میدان الکتریکی با ولتاژ بالا قرار می گیرد، به صورت شگفت انگیزی از انتهای یک بشر به بشر روبرو می جهد. یعنی اگر به آبی که در دو بشر قرار دارد، ولتاژ بالا اعمال شود، پلی پایدار از جنس آب بین آن دو بشر ایجاد می گردد. این پدیده با وجود جاذبه زمین باز هم رخ می دهد و این شگفت آور است.
تاریخچه کشف پدیده پل آبی معلق
علت رخداد این پدیده را باید در طبیعت ساختار آب جستجو نمود. ابتدا در نتیجه بارهای الکتروستاتیک روی سطح آب این پل تشکیل می گردد. در ادامه میدان الکتریکی درون آب متمرکز شده و مولکول های آب به طوری منظم می شوند که یک میکروساختار منظم پدید آید.
پدیده پل آبی معلق اولین بار در سال ۱۸۹۳ به وسیله یک مهندس بریتانیایی به نام ویلیام آرمسترانگ به جهان علم معرفی گردید. در این کنفرانس پل آبی معلق آرمسترانگ قطری برابر با ۳ میلی متر دارا بود. در حین انجام آزمایش دمای سطح آب به ۲۰ الی ۶۰ درجه سانتی گراد افزایش یافت.
آزمایش ویلیام در این سخنرانی بدین معنا بود که با ۲ بشر حاوی ۱۰۰ میلی لیتر آب مقطر می توان با ۵ کیلو وات برق مستقیم، آب را از یک بشر با بار منفی به بشر دیگر با بار مثبت منتقل نمود.
دانشمندان معتقند که پدیده غیر معمول پل آبی معلق و میکروساختاری که آن ها در برهم کنش آب و میدان الکتریکی کشف نموده اند، قطعه ای از پازل گمشده ساختار حقیقی آب این ماده حیاتی است.
دلایل عدم ریزش پل آبی معلق
نتایج جدیدی در مورد پل آبی معلق و عدم ریزش آن کشف شده است. دو عامل تنش الکتریکی و تنش سطحی مانع ریزش پل آبی می شوند. هریک از این عوامل با تحمل نیمی از وزن پل آبی معلق در حقیقت مانع از فروریزش این پل می شوند. دلایل عدم ریزش پل را به صورت زیر هم می توان بیان نمود:
وقتی ولتاژ اعمال می شود٬ با ایجاد یک تنش دی الکتریک مانع افتادن پل می شود و مولکول های آب ردیف می‌شوند. مورد دیگر این است که تنش سطحی تمایل به انقباض سطح آب به سمت داخل داشته و پل را روی هوا نگه می دارد.
عوامل موثر بر پل آبی معلق
الکترووتینگ
در این فرآیند بشر به عنوان الکترود و مایع به عنوان الکترولیت عمل می کند. این فرآیند سطح تماس مایع (چسبندگی سطح) و بشر را افزایش داده و باعث متمایل شدنشان و الکترواسپری بین دو بشر می‌گردد. نیروی چسبندگی سطحی طی این فرآیند بالا می رود.
الکترو اسپری
باردار شدن ذرات در دو بشر و الکترووتینگ در بین دو بشر منجر می شود تا ذرات باردار جریان داشته و منتقل شوند. درواقع این عامل علت ایجاد جریان است. بنابراین طی این فرآیند ذرات شروع به حرکت کردن می کنند.
دی الکتریک
مقاومت ماده در برابر جریان منجر به قوی تر شدن میدان می گردد. این عامل در مایعات قطبی، مولکول ها را در جهت میدان نظم و جهت می دهد. طی این فرآیند مولکول ها در جهت میدان منظم می شوند.
تنش برشی
لحظاتی قبل پل معلق و با ایجاد پل معلق آبی، حرکت ذرات نشان دهنده یک تنش برشی است.
ویسکوزیته
به مقاومت مایع در برابر تنش برشی ویسکوزیته گفته می شود. بنابراین هر چه ماده گرانروی بالاتری داشته باشد، پل هم سخت تر تشکیل می شود. در این صورت لغزش ذرات روی یکدیگر سخت تر است.
کشش سطحی
مهم ترین عاملی که در تشکیل پل آبی معلق نقش دارد، کشش سطحی است. کشش سطحی در زمان تشکیل پل، منجر می شود تا مولکول های دو بشر که بر اثر الکترواسپری به یکدیگر نزدیک شده‌اند، پل آبی معلق را بسازند.
فواید پل آبی معلق
محققان بر این باورند که نتایج تحقیق پل آبی معلق می تواند برای مهندسان در توسعه الکترووتینگ (electrowetting) مفید واقع شود. الکتروویتیگ روشی است که در آن برای تنظیم چسبندگی سیالات به یک صفحه از الکتریسیته استفاده می‌شود. این خاصیت می تواند در نسل بعدی کتاب خوان های آنلاین به کار رود.
نکات پل معلق آبی
- این پدیده برای اولین بار حدود ۱۲۰ سال پیش کشف و معرفی گردید.
- برای ایجاد این پل به دو بشر نیاز است.
- این دو بشر باید با آب کاملا خالص پر شوند.
- اختلاف پتانسیل اعمالی باید برابر با ۱۵ هزار ولت باشد.
- طول این پل بیشتر از ۲ سانتی متر است.
- این پل ساعت ها پایدار خواهد ماند.
سخن آخر
آب از ترکیباتی است که خواص منحصر به فردی داراست. بنابراین هرچه بیشتر با این ماده و خواص و حالاتش آشنا شویم، می توانیم اطلاعات بیشتری در رابطه با آن کشف نماییم. انسان با کشف ساختار آب و کاربردش در زندگی روزمره و علم و تکنولوژی و صنعت توانسته است از این مایه حیات برای گسترش و پیشبرد علم استفاده نماید. امروزه دانشمندان توانسته اند دلایل رخداد پدیده پل آبی معلق را تا حدودی کشف و توضیح دهند. این پدیده می تواند دریچه های جدیدی از علم را بر روی انسان بگشاید. با ما در نشریه علمی جهان شیمی فیزیک همراه باشید تا از علم روز دنیا آگاهی پیدا نمایید.
