[فعالیت ۵-۳] [فیزیک] [دهم]
وقتی در یک نوشابه گازدار خیلی سرد را سریع باز میکنیم، مشاهده میشود که هالهٔ رقیقی در اطراف دهانهٔ نوشابه ایجاد میشود. این پدیده را توجیه کنید.
پاسخ تشریحی و گام به گام [فعالیت ۵-۳] [فیزیک] [دهم]
این هاله یا مه زیبا که هنگام باز کردن نوشابه سرد ایجاد میشود، نتیجه یک فرآیند ترمودینامیکی به نام **انبساط بیدررو (Adiabatic Expansion)** است.
**شرح گام به گام پدیده:**
1. **فشار بالا:** درون بطری نوشابه، گاز دیاکسید کربن ($CO_2$) تحت **فشار بالایی** در مایع حل شده و فضای خالی بالای آن را نیز پر کرده است.
2. **انبساط سریع:** وقتی در بطری را **سریع** باز میکنیم، گاز $CO_2$ با فشار بالا به سرعت در محیط اطراف که فشار کمتری دارد، **منبسط** میشود.
3. **انجام کار:** این گاز در حال انبساط، هوای اطراف را به کنار هل میدهد. در فیزیک، به این عمل **انجام کار توسط گاز روی محیط** میگویند. انجام کار، نیازمند **صرف انرژی** است.
4. **فرآیند بیدررو:** چون انبساط بسیار **سریع** است، گاز فرصتی برای تبادل گرما با محیط اطراف ندارد. به فرآیندی که در آن تبادل گرمایی ($Q$) تقریباً صفر باشد، **فرآیند بیدررو** گفته میشود ($Q \approx 0$).
5. **کاهش انرژی درونی و دما:** گاز انرژی لازم برای انجام کار را از **انرژی درونی خودش** تأمین میکند. طبق **قانون اول ترمودینامیک** ($\Delta U = Q - W$):
* $Q \approx 0$
* $W > 0$ (گاز کار انجام داده)
* بنابراین $\Delta U = 0 - W < 0$. یعنی **انرژی درونی گاز کاهش مییابد**.
* کاهش انرژی درونی یک گاز به معنای **کاهش شدید دمای آن** است. دمای گاز $CO_2$ به شدت پایین میآید (تا حدود $-30^{\circ}C$ یا کمتر).
6. **میعان بخار آب:** این سرمای شدید، **بخار آب نامرئی** موجود در هوای اطراف دهانه بطری را به سرعت خنک کرده و دمای آن را به زیر **نقطه شبنم** میرساند. در نتیجه، بخار آب به قطرات بسیار ریز آب مایع یا حتی بلورهای یخ تبدیل (میعان) میشود. این توده از قطرات ریز آب، همان **هاله یا مه** قابل مشاهده است.
