دستاورد برتر دبیرستان امام صادق (ع)

در هشتمین جشنواره پروژه های دانش آموزی تبیان

پژوهشگران جوان دبیرستان امام صادق (ع) به مدیریت سرکار خانم طهورا عباسی در هشتمین دوره جشنواره پروژه‌های دانش آموزی تبیان حضور داشتند. سمینار تاثیر میدان الکتریکی بر خواص ویژه ی آب از این دبیرستان جزء برترین سمینارهای این دوره از جشنواره شد. محدثه ایزد پور و فائزه سمیعی، پژوهشگران عزیزی هستند که این پروژه را با راهنمایی سرکار خانم المیرا امیدی منش انجام دادند. در زیر خلاصه ای از این پژوهش ارائه می گردد.

یخ زدن آب و تاثیرات آن یکی از جالب ترین موضوعات در فیزیک دبیرستان است به خصوص زمانی که شما رفتار مولکول ها را مورد بررسی قرار می دهید.

ابتدا خواص ویژه آب را برای شما توجیه كنیم

مولكول آب از یک اتم اكسیژن و دو اتم هیدروژن تشكیل شده است و دارای ساختمانی خمیده می‌باشد. خواص غیر عادی آب حاكی از آن است كه در این مولكول یک نوع نیروی بین مولكولی قوی وجود دارد. این نیروی قوی، جاذبه میان H از یک مولكول آب و اكسیژن از مولكول دیگر می‌باشد و به پیوند هیدروژنی موسوم است.

اختلاف الكترونگاتیوی میان O و H به اندازه ای است كه ابر الكترونی در H₂O از هیدروژن به طرف اكسیژن جابه جا می‌شود و هیدروژن در تاثیر متقابل با مولكول های مجاور تقریبا مانند یک پروتون عمل می‌كند. اندازه كوچک هیدروژن باعث می‌شود كه اتم اكسیژن از مولكول مجاور به آن نزدیک شده و پیوندی میان آن ها ایجاد شود. نكته مهم این است كه پیوند هیدروژنی فقط بین H و اكسیژن و نیتروژن و فلوئور ایجاد می‌شود. خواص غیر عادی آب با پیوند هیدروژنی توجیه می‌شود.

یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد آب، افزایش حجم آن هنگام انجماد است، به طوری‌که حجم جرم معینی از یخ از حجم همان جرم آب بیشتر است، در نتیجه چگالی یخ از چگالی آب کمتر شده و روی آب شناور می‌شود. این قضیه در مورد دیگر مواد اتفاق نمی‌افتد. سایر مواد با کاهش دما انجماد و با افزایش دما انبساط می‌یابند. لذا چگالی آن ها در حالت جامد بیشتر بوده و از کف شروع به انجماد می‌کنند. با این توضیح آیا می‌توانید حدس بزنید کدام ظرف حاوی آب و کدام ظرف حاوی بنزن است؟

حال ببینیم پژوهشگران عزیز این مدرسه با توجه به امکانات موجود در دبیرستان چه بررسی هایی روی آّب انجام داده اند:

فاکتورهای مهم در یخ زدن آب چیست؟

زمانی که این سوال مطرح می شود، نام فاکتورهایی مانند فشار به ذهن می رسد و مطمئنا  تعداد کمی به میدان های الکتریکی و مغناطیسی توجه می کنند. برای بهتر فهمیدن این مسئله ضروری است که شما با تاثیرات میدان الکتریکی آشنا شوید. وقتی که یک دوقطبی در میدان الکتریکی قرار می گیرد، دو قطبی شروع به چرخیدن در خلاف جهتی می کند که میدان به آن نیرو وارد می کند و در جهت میدان الکتریکی قرار می گیرد.

نکته ی جالب توجه هنگامی است که روی دو قطبی اثر می کند.

این موضوع جالب تر می شود وقتی بدانید که مولکول های آب همگی دوقطبی هستند و در میدان الکتریکی شکل خاص خود را می گیرند.

مقدار کمی آب داخل یک ظرف ریخته و دور آن را پر از یخ می کنیم سپس آن را در یک میدان الکتریکی قوی قرار می دهیم. دمای آب توسط یک ترمومتر کنترل می شود دمای آب به دلیل تعادل با یخ پایین خواهد آمد. پس از مدتی دمای آب به پایین تر از صفر می رسد اما یخ نمی زند.

چرا آب واقعا یخ نمی زند؟

ما متوجه شدیم که میدان الکتریکی مانع از یخ زدن آب می شود.

میدان الکتریکی مانع از حرکت مولکول ها و در نتیجه مانع از یخ زدن آب می شود. در پایان بکی از دانش آموزان کنجکاو میدان الکتریکی رابه صفر می رساند (توسط خاموش کردن دستگاه) همه انتظار دارند که آب یخ بزند ولی این اتفاق نمی افتد. درحقیقت دوقطبی ها کاملا ساکن مانده اند.

بخش پژوهش تبیان - تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی