Soğuk kompresler nasıl bu kadar hızlı soğur? - John Pollard

Tam dersi görüntüleyin: http://ed.ted.com/lessons/how-do-cold-packs-get-cold-so-fast-john-pollard

Dondurucuya su koyarsanız buza dönüşmesi birkaç saat sürecektir. Öyleyse, soğuk kompresler oda sıcaklığından neredeyse donma noktasına sadece birkaç saniye içinde nasıl iniyor? John Pollard, soğuk kompresin kimyasını detaylandırıyor, yol boyunca enerji ve entropi kavramlarına ışık tutuyor.

Ders: John Pollard, animasyon: Karrot Animation.

Bir kasınız gerildi ve acı dayanılmaz.

Acıyı dindirmek için
buz gibi bir şey olmasını diliyorsunuz

ama bir buz torbası kullanmak için
saatler önce dondurucuya koymalıydınız.

Neyse ki başka bir seçenek var.

Bir soğuk kompres, ihtiyacınız olana
kadar oda sıcaklığında bırakılabilir,

sonra talimatlara uygun şekilde çekin
ve saniyeler içinde üşüme hissedeceksiniz.

Ancak bir şey oda sıcaklığından
neredeyse donma noktasına

bu kadar kısa sürede nasıl ulaşır?

Cevap kimyada yatıyor.

Soğuk kompresiniz, bir bariyerle
ayrılmış farklı bölmelerde,

su ve genellikle amonyum nitrat
olan katı bir bileşik içerir.

Bariyer kırıldığında katı madde çözünerek

endotermik reaksiyon olarak
bilinen şeye neden olur,

bu da çevresinden ısıyı emer.

Bunun nasıl çalıştığını anlamak için

kimyasal süreçlerin arkasındaki
iki itici güce bakmamız gerekir:

enerji bilimi ve entropi.

Bunlar, sistemde
bir değişiklik olup olmadığını

ve varsa enerjinin akışını belirler.

Kimyada enerji bilimi, moleküler
düzeyde parçacıklar arasındaki

çekici ve itici güçlerle ilgilenir.

Bu ölçek o kadar küçüktür ki

tek bir bardakta, evrende bilinen
yıldızlardan daha çok su molekülü vardır.

Ve bu trilyonlarca molekül

sürekli hareket ediyor, titreşiyor
ve farklı hızlarda dönüyor.

Sıcaklığı, tüm bu parçacıkların
ortalama hareketinin

veya kinetik enerjinin
bir ölçümü olarak düşünebiliriz,

böylece hareketin artması,
sıcaklıkta bir artış olduğu anlamına gelir

veya bunun tersi de geçerlidir.

Herhangi bir
kimyasal dönüşümdeki ısı akışı,

bir maddenin kimyasal durumlarının
her birindeki parçacık etkileşimlerinin

göreceli gücüne bağlıdır.

Parçacıkların güçlü, karşılıklı
çekici bir kuvveti olduğunda

birbirlerine doğru çok yaklaşana dek
o kadar hızlı hareket ederler ki

itici kuvvetler onları iter.

İlk çekim yeterince güçlüyse

parçacıklar bu şekilde
ileri geri titreşmeye devam edecektir.

Çekim ne kadar güçlü olursa
hareketleri o kadar hızlı olur

ve ısı esasen hareket olduğundan,

bir madde bu etkileşimlerin daha güçlü
olduğu bir duruma dönüştüğünde

sistem ısınır.

Ancak soğuk kompreslerimiz
bunun tersini yapar,

yani katı, suda çözündüğünde

katı parçacıkların ve su moleküllerinin
birbirleriyle yeni etkileşimleri,

daha önce var olan
ayrı etkileşimlerden daha zayıftır.

Bu, her iki partikül tipini
ortalama olarak yavaşlatır

ve tüm çözeltiyi soğutur.

Fakat bir madde neden etkileşimlerin
daha zayıf olduğu bir duruma geçsin?

Önceden var olan daha güçlü etkileşimler
katının çözünmesini engellemez mi?

Entropi burada devreye giriyor.

Entropi, temel olarak
nesnelerin ve enerjinin

rastgele harekete göre
nasıl dağıtıldığını açıklar.

Bir odadaki havayı düşünürseniz
onu oluşturan trilyonlarca parçacık için

birçok farklı olası düzenleme vardır.

Bunlardan bazıları
bir bölgedeki tüm oksijen

ve başka bir bölgedeki tüm azot
moleküllerine sahip olacaktır.

Ama çok daha fazlası birlikte karışır,

bu yüzden bu durumda
hava her zaman bulunur.

Parçacıklar arasında
güçlü çekici kuvvetler varsa

bazı konfigürasyonların olasılığı,

oranların, belirli maddelerin
karıştırılmasını desteklemediği

noktaya kadar bile değişebilir.

Yağ ve suyun karışmaması
buna bir örnektir.

Ancak amonyum nitrat

veya soğuk kompresinizdeki
başka bir madde söz konusu olduğunda

çekici kuvvetler olasılıkları
değiştirecek kadar güçlü değildir

ve rastgele hareket,

katı hali oluşturan
parçacıkları suda eriterek

ve asla katı haline
geri dönerek ayırmaz.

Basitçe söylemek gerekirse
soğuk kompresiniz soğur

çünkü rastgele hareket, katı ve suyun
karıştığı daha fazla yapılandırma yaratır

ve bunların hepsi
daha zayıf partikül etkileşimi,

daha az partikül hareketi

ve kullanılmayan paketin içinde
olduğundan daha az ısıya sahiptir.

Bu nedenle entropiden
kaynaklanabilecek bozukluk,

ilk etapta yaralanmanıza
neden olmuş olsa da,

ağrınızı yatıştıran rahatlatıcı
soğuktan da sorumludur.