تسجيل الدخول

تسجيل

الينابيع الساخنة المتفجرة وأجهزة تحضير القهوة

المؤلف:  جيرل ووكر

المصدر:  سيرك الفيزياء الطائر

الجزء والصفحة:  ص568

2025-10-28

589

لماذا تُقذَفُ المياه والبخار والمواد الأخرى من ينبوع ساخن متفجِّر، بدلًا من التدفق خروجًا منه وحسب؟ لماذا تنشط بعض الينابيع؛ مثل نبع أولد فيثفول الساخن المتفجر في حديقة يلوستون الوطنية بشكل دوري نوعا ما ؟

يتألف أحد الأنواع الشائعة من أجهزة تحضير القهوة من قمع مقلوب يرتكز على نحو غير محكم على القاع، ويدعم وعاءً علوياً يحتوي على ثفل القهوة (انظر شكل1أ). كيف تُعد القهوة في جهاز تحضير القهوة؟

الجواب: راقبت كاميرا فيديو مثبتة في موقع نبع أولد فيثفول، الذي قد يكون أكثر نبع ساخن متفجِّر حَظِي بالدراسة في العالم، وهو يمتلئ بالمياه ثم ينفجر. هذا النبع في الواقع عبارة عن صدع يصل عمقه إلى 200 متر تقريبا. تتدفق المياه الباردة والساخنة والبخار من الشقوق الموجودة بطول جانبي الصدع. أما بالنسبة إلى مصدر حرارة الماء الساخن، فهي الحمم البركانية المنصهرة الموجودة على عمق عدة كيلومترات. يبدأ النشاط عندما تصبح بعض المياه الموجودة على عمق ستة أو سبعة أمتار في النبع أسخن من نقطة غليان الماء في ذلك العمق. ترتفع نقطة الغليان كلما زاد العمق؛ لأن ضغط الماء يرتفع أيضًا كلما زاد (العمق. ترتفع الفقاعات البخارية من مستوى الغليان، فتنقل الطاقة الحرارية إلى المياه بالأعلى، والتي تكون درجة حرارتها أقل من درجة الغليان عند هذا العمق ومع ذلك، تصل هذه المياه سريعًا إلى نقطة غليانها، ثم يؤدي التمدد المفاجئ للمياه، التي تتحول سريعًا إلى بخار، إلى دفع عمود الماء والبخار من النبع الساخن المتفجر.

شكل1: (أ) القمع المقلوب لجهاز تحضير القهوة. (ب) الوعاء الزجاجي المستدير لجهاز تحضير القهوة.

تتكرر العملية نفسها، ولكن يعتمد الوقت المطلوب على كمية المياه المتبقية في النبع الساخن المتفجِّر من الفوران السابق. عادةً ما تنقسم مدة فوران نبع أولد فيثفول إلى فترتين فترة زمنية قصيرة وفترة زمنية طويلة؛ بحيث تتبع كل فترة منهما الأخرى. عندما يُوضع قمع مقلوب لأحد أجهزة تحضير القهوة فوق موقد ساخن، يُسَخَّن الماء الموجود داخل القمع إلى نقطة يتبخّر فيها بعضه بطول السطح السفلي يدفع ا التمدد المفاجئ للبخار السائل إلى أعلى عنق القمع الضيق، وينسكب الماء في الوعاء ويتقطر إلى أسفل عبر ثفل القهوة. تتكرر العملية حتى تصبح القهوة مركزة تركيزا مناسبًا. يتكون أحد الأشكال الأخرى الرائجة لأجهزة تحضير القهوة من وعاءين زجاجيين مستديرين أحدهما موضوع فوق الآخر ومتصلين بإحكام بحشوة مطاطية لمنع التسرب (انظر شكل 1ب يُوضع ثفل القهوة في الوعاء الزجاجي العلوي الذي يكون مفتوحًا عند القمة، ويُوضع الماء في الوعاء الزجاجي السفلي يمتد أنبوب صغير من أسفل مستوى الماء بالوعاء الزجاجي السفلي إلى الوعاء العلوي عندما يُسَخَّن الماء بالوعاء السفلي بشكل كاف، يدفع تمدد الهواء وبخار الماء الموجود فيه بمعظم الماء إلى الوعاء العلوي عبر الأنبوب، وبعد ذلك يوضع جهاز تحضير القهوة جانبًا. عندما يبرد الوعاء السفلي ويتكثف بخار الماء، ينخفض ضغط الهواء، ويصبح أقل من الضغط الجوي. وبما أن الوعاء العلوي يكون مفتوحًا، يكون الضغط الواقع على سائله هو الضغط الجوي. ونتيجةً لفرق الضغط بين الوعاءين، يُدفَع السائل مرة أخرى أسفل الأنبوب إلى الوعاء السفلي. تدفع هذه الحركة السائل عبر ثفل القهوة وتزيد من فاعلية عملية التحضير عندما يعود الماء كله إلى الوعاء السفلي، تكون القهوة جاهزة للصب.