الغليان

تعريف الغليان

الغليان هو عملية تحويل المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية. يحدث الغليان عندما يتساوى ضغط بخار الماء المشبع مع ضغط الهواء الخارجي (ضغط الهواء الخارجي = الضغط الجوي). سنتناول في هذا المقال غليان الماء فقط. يتناسب ضغط بخار الماء المشبع طرديًا مع درجة حرارة الماء، فكلما ارتفعت درجة حرارة الماء، زاد ضغط بخار الماء المشبع. عند تسخين الماء، تظهر فقاعات صغيرة عادةً في قاع الوعاء. يشير وجود الفقاعات إلى تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية. إذا كان ضغط بخار الماء المشبع داخل الفقاعة أقل من ضغط الهواء الخارجي، فإن الفقاعة ستنكمش وتنهار قبل أن تصل إلى السطح. تنهار الفقاعة لأن قوة دفع الهواء الخارجي أكبر من قوة دفع البخار داخلها. ضغط الهواء الخارجي أكبر من ضغط البخار داخل الفقاعة، لذا فإن قوة دفع الهواء الخارجي أكبر (P = F/A).

مع ارتفاع درجة حرارة الماء، يزداد ضغط بخار الماء المشبع داخل الفقاعة. إذا كان ضغط بخار الماء المشبع داخل الفقاعة مساويًا أو أكبر من ضغط الهواء الخارجي، فإن الفقاعة ستكبر وتطفو حتى تصل إلى السطح. بعد وصولها إلى السطح، تنفجر الفقاعة وينطلق بخار الماء الموجود بداخلها، مما يؤدي إلى عملية غليان. يزداد حجم الفقاعة لأن قوة دفع البخار داخلها أكبر من قوة دفع الهواء الخارجي.

يكون ضغط البخار داخل الفقاعة أعلى من ضغط الهواء الخارجي، لذا يُمارس البخار داخلها قوة أكبر. ومع ازدياد حجم الفقاعة، يزداد حجم البخار أيضًا، وبالتالي تقل كثافته. ولأن كثافة البخار تقل (أي أنها أقل من كثافة الماء)، تستطيع الفقاعة أن تطفو على السطح. وهذا يُشبه طفو الخشب الجاف أو الفلين على سطح الماء، حيث يطفو الخشب الجاف أو الفلين لأن كثافتهما أقل من كثافة الماء.

ضغط بخار الماء المشبع

بناءً على الشرح السابق، يمكننا القول إن عملية غليان الماء تحدث عندما يكون ضغط بخار الماء المشبع مساويًا أو أكبر من الضغط الجوي. لذا، فإن درجة غليان الماء تعتمد بشكل كبير على الضغط الجوي. فكلما انخفض الضغط الجوي، انخفضت درجة الغليان، والعكس صحيح. وبشكل عام، كلما ارتفع موقع ما فوق مستوى سطح البحر، انخفض الضغط الجوي فيه. وبالتالي، يمكن الاستنتاج أنه كلما ارتفع موقع ما فوق مستوى سطح البحر، انخفضت درجة الغليان فيه.

تكون درجة غليان الماء على قمة الجبل أقل من درجة غليانه على الشاطئ. وبالتالي، يغلي الماء المسخن على قمة الجبل أسرع من الماء المسخن على الشاطئ. مع ذلك، إذا طُهي الأرز على قمة الجبل، فإنه يستغرق وقتًا أطول في النضج لأن درجة غليان الماء تكون منخفضة، مما يؤدي إلى غليانه عند درجة حرارة أقل. وللطهي السريع، يُستخدم عادةً قدر الضغط . يعمل قدر الضغط على زيادة ضغط الهواء لرفع درجة غليان الماء، مما يؤدي إلى غليانه عند درجة حرارة أعلى، وبالتالي ينضج الأرز بسرعة أكبر.