آب در اجاق ماکرووِیو

تا حالا نبات درست کرده‌اید؟ برای درست کردن نبات باید اوّل مقدار نسبتاً زیادی شکر را در حجم کمی آب حل کنید. در دمای اتاق تمام شکر حل نمی‌شود، برای همین باید مخلوط آب و شکر را روی حرارت شعلهٔ گاز قرار دهید و دائم هم بزنید تا اینکه همهٔ شکر بالاخره حل شود. سپس محلول را در ظرفی می‌ریزیم و درون ظرف هسته‌ای (مثلاً یک رشته نخ) قرار می‌دهیم تا رفته‌رفته، شکر حل شده در آب، دور آن هسته بلور تشکیل دهد. اینکه بلور فقط دور هسته شکل می‌گیرد (و نه مثلاً وسط مایع) نشان می‌دهد در این روند، هسته نقشی کلیدی دارد. اگر نبود نباتی درست نمی‌شد یا به این سرعت و خوبی درست نمی‌شد.

تا حالا داخل نوشابه نمک ریخته‌اید؟ یا شدیدتر از آن، داخلش قرص نعناع (مِنتوس) انداخته‌اید؟ نوشابه بسیار کف خواهد کرد، طوری که بعضی وقتها به صورت انفجاری بیرون می‌پاشد. این انفجار نتیجهٔ واکنش شیمیایی قرص نعناع با نوشابه نیست. در واقع در این بازهٔ زمانی کوتاه اتفاق خاصّی برای قرص نعناع نمی‌افتد و تغییر خاصی نمی‌کند، بلکه چون زبر است، برای نوشابه نقش یک هسته را ایفا می‌کند که به دور آن گازهای کربن‌دی‌اکسید می‌توانند حباب تشکیل دهند. حالت گازی کربن‌دی‌اکسید طبیعتاً حجم بسیار بیشتری نسبت به حالت محلول آن دارد. برای همین وقتی حبابها تشکیل می‌شوند، جای زیادی را اشغال می‌کنند و مایع، یعنی نوشابه، را به اطراف هُل می‌دهند. وقتی مقدار زیادی حباب، اینگونه با انبساطِ خود مایع را کنار بزنند، نتیجه‌اش پرتاب شدن مایع به بیرون ظرف است.

خودتان آزمایش کنید، درون یک لیوان نوشابه چند دانه برنج بریزید که به عنوان هسته باعث شوند تعدادی حباب به وجود آید. حبابهای کوچک به برنج‌ها چسبیده‌اند. این حبابها مثل بازوبندِ شنا برنج را معلق می‌کنند و به سطح آب می‌آورند. وقتی به سطح آب می‌رسند می‌ترکند و برنج دوباره به داخل نوشابه سقوط می‌کند تا باز دورش را چند حباب بگیرند و دوباره این حرکت تکرار شود.

پس باز هم یک مایع داشتیم که به حالت فوق اشباع درآمده بود (در مثال نوشابه، در مایع مقدار زیادی کربن‌دی‌اکسید حل شده بود) و بعد با اضافه کردن اختلالی (هسته‌ها) انگار مایع، ذخیرهٔ فوق اشباع خود را به نحوی آزاد و تخلیه می‌کند.

این را یک گوشهٔ ذهن خود نگه دارید تا حالا برویم ببینیم چرا آب جوش می‌آید. وقتی می‌گوییم آب جوش آمده است که به اصطلاح قُل‌قُل بزند. یعنی تعداد زیادی حباب تشکیل شوند و روی سطح بیایند و بترکند. وقتی یکی از این حبابها تشکیل می‌شود داخلش چیست؟ نمی‌تواند خلأ باشد. بالاخره یک چیزی باید آن تو باشد. اگر خلأ بود فشار بیرون حباب (فشار اتمسفر که به آب هم منتقل می‌شود) آن را له می‌کرد و حباب فوراً محو می‌شد. باید یک چیزی داخل حباب باشد که از داخل فشار بیاورد و با آن فشارِ بیرونی مقابله کند، تا نگذارد که حباب از بین برود و در نتیجه واقعاً حبابی تشکیل شود. حباب، درون آب پدید آمده است، پس هیچ چیز نمی‌تواند داخل حباب را پر کرده باشد الّا بخارِ آب. با توضیحاتی که دادیم برای اینکه حباب بتواند دوام بیاورد، فشار بخار آبِ داخل حباب، باید برابر یا بیشتر از فشار خارج حباب باشد. فشار خارج حباب هم که همان فشار اتمسفر و جوّ است که به آب هم وارد می‌آید. البته آبِ بالای سر حباب هم با وزن خود مقداری فشار وارد می‌کند ولی در مقایسه با فشار اتمسفر حائز اهمیت نیست. (مگر اینکه بالای سر حباب چند متر آب باشد!) جوش آنجایی است که دمای آب (و بخار آن) به حدّی رسیده که فشار بخارِ داخل حباب، روزش به فشاری که از بیرون وارد می‌شود می‌چربد و حبابها ادامهٔ حیات می‌دهند.

خب، فشار بخار آب داخل حباب؛ فشار اتمسفر؛ آیا فشار دیگه‌ای هم هست که نقشی بازی کند و باید آنرا هم به حساب بیاوریم؟ حباب، که کروی شکل است، مثل بادکنک می‌ماند. روی مرز حباب مولکول‌های آب نشسته‌اند و هر مولکول همسایهٔ خود را می‌کشد. این کشش، مثل بادکنک، باعث می‌شود حتی اگر فشار اتمسفر هم نبود، حباب مایل باشد کوچک شود. پس یک فشار هم از طرف کششِ سطح حباب به سمت داخل وارد می‌شود.

فرض کنید که با ۳ نفر دیگر از دوستان خود روی گوشه‌های یک مربع نشسته‌اید و هر کسی دست نفر چپی و راستی خودش را گرفته است و می‌کشد. این جوری دست چپ هر کس با دست راستش زاویهٔ ۹۰درجه می‌سازد.کشیدن دستها باعث می‌شود که همه به سمت داخل خم شوند و حرکت کنند. حالا اگر به جای ۳ نفر با ۱۰۰۰ نفر از دوستان خود نشسته بودید و یک دایرهٔ بزرگ را تشکیل می‌دادید، دست چپتان با دست راستتان دیگر زاویهٔ ۹۰درجه نمی‌ساخت، بلکه الان دیگر زاویه به ۱۸۰درجه نزدیک شده است. اکنون اگر همدیگر را با همان نیروی قبل بکشید، خیلی کمتر به داخل خم خواهید شد. پس هرچه حباب بزرگتر باشد، زورِ کششِ سطح برای کوچک کردن حباب، کمتر است. پس فشاری که از کشش سطحی ناشی می‌شود، هرچه حباب کوچکتر باشد بیشتر است.

اگر حبابی که در آب تشکیل می‌شود به حدّ کافی بزرگ باشد، زور کشش سطحی خیلی زیاد نیست و در دمای جوش، حباب به حیات خود ادامه می‌دهد و بزرگ می‌شود. امّا اگر حباب خیلی ریز باشد زور کشش سطحی بسیار زیاد می‌شود و فشارِ بخارِ داخل برای غلبه بر فشار ناشی از کشش سطحی به علاوهٔ فشار اتمسفر کافی نخواهد بود و حباب نابود می‌شود.

چکار کنیم که حبابهای بزرگ تشکیل شوند که بتوانند دوام بیاورند؟ خب یک راه این است که یک سری تَرَک و خَش در ظرف درست کنیم تا آب خیلی آنجاها نرود و عملاً یک حباب مصنوعی در چنین جاهایی درست شود. پس خشهای ظروف (مثل کتری) محل تشکیل حبابهایی هستند که دوام می‌آورند و باعث قُل‌قُل می‌شوند. دگر چه می‌شود کرد؟ خب این خش و زبری لزومی ندارد حتماً روی ظرف باشد، می‌شود یک چیز خشدار و زبر داخل ظرف انداخت، مثل یک قاشق چوبی (نه فلزی که زبری کمی دارد). یک راه دیگر هم این است که کمی خاک ریز به آب اضافه کنیم که حباب دور آنها تشکیل شود. اینطوری انگار اندازهٔ اولیهٔ حباب، اندازهٔ ذرّات خاک خواهد بود. پس اگر خاکها به حدّکافی بزرگ باشند، حبابهای با دوام تشکیل خواهند شد. حالا به آن مطلب که گوشهٔ ذهنتان بود رجوع کنید. می‌بینید که چقدر مسئله شبیه همان مسئلهٔ هسته است.

اگر ظرف خش نداشته باشد و دیوارها کاملاً صاف باشند و آب هم از گرد و خاک و هر موجود خارجی خالی باشد، آنگاه دیگر هسته‌ای وجود ندارد. دیگر حبابهای بزرگ به آسانی تشکیل نمی‌شوند. پس آب می‌تواند همینطور داغتر و داغتر شود بدون آنکه جوش بیاید. یعنی دمایش به بالای ۱۰۰ درجه برسد! حالا فرض کنید این اتفاق افتاد و یک آب ۱۱۰درجه آماده شد. اگر به این آب ناگهان هسته‌هایی اضافه کنیم چه می‌شود؟ بله، آب که از انرژی گرمایی، فوق اشباع شده است، حالا این انرژی را تخلیه می‌کند و اکنون که هسته‌ها اضافه شده‌اند، ناگهان تعداد زیادی حباب به وجود می‌آیند. مانند قضیهٔ نوشابه، این حبابهای پرشمار آب را به صورت انفجاری به اطراف می‌پاشند. آبِ داغ را!

پس به شرطی که همهٔ انواع هسته را از آب حفظ کنیم و به ظرف تداخلی وارد نکنیم، چنین اتفاقی ممکن است. اینجاست که تفاوت ماکرووِیو نسبت به شعلهٔ گاز بیشتر مشخص می‌شود. اوّلاً معولاً برای گرم کردن آب روی گاز، از کتری استفاده می‌شود و نه لیوان شیشه‌ای. لیوانهای شیشه‌ای در ماکروویو استفاده می‌شوند. کتری خش دارد امّا می‌توان لیوانی شیشه‌ای پیدا کرد که خشهای بسیار کمی داشته باشد و در نتیجه هستهٔ جوش نداشته یا کم داشته باشد. دوّماً شعلهٔ گاز، آب را از پایین گرم می‌کند و باعث می‌شود آب گرم شده به بالا حرکت کند و این در کل در آب داخل کتری جریانی به وجود می‌آورد و قدری آن را به تداخل می‌اندازد. این در ماکروویو دیگر صادق نیست. امواج ماکروویو تمام آب را یک دست گرم می‌کنند و این مسئله تداخل را هرچه کمتر می‌کند.

(اگر دوست دارید شرحی بر چگونگی کارکرد ماکروویو بنویسم لطفاً به آدرسی که در کانال هست ایمیل بزنید و به نوعی نویسنده را به این کار تشویق کنید!)

با این حال به خاطر همهٔ توضیحاتی که داده شد، احتمال این اتفاق، یعنی انفجار آبِ فوق گرم، چندان زیاد نیست. ادّعا این احتمال را زیاد جلوه داده است. همچنین عبارات «تا انرژی پخش شود» و «حداکثر ۲ دقیقه» معلوم نیست از کجا آمده‌اند. ولی حالا اگر آب را در ماکروویو داغ کردید، موقعی که از اجاق بیرون می‌آوریدش شاید بد نباشد اگر کمی احتیاط کنید و چشم و صورت خود را بالای لیوان قرار ندهید!