ریختن نیتروژن مایع روی بدن؛ علم فیزیک چگونه جان این مرد را نجات داد؟
چالشهای اینترنتی همواره مرزهای هیجان و گاهی جنون را جابهجا کردهاند، اما وقتی علم وارد بازی میشود، نتایج شگفتانگیزی رقم میخورد. چند سال پیش که تب چالش آب یخ دنیا را فرا گرفته بود، یک فارغالتحصیل رشته شیمی دست به اقدام جسورانهای زد که در نگاه اول شبیه به یک خودکشی آشکار یا شعبدهبازی به نظر میرسید. محمد قریشی با ریختن یک ظرف نیتروژن مایع فوقالعاده سرد روی سر خود، توجه رسانهها و محافل علمی را جلب کرد. در این مقاله قصد داریم با تکیه بر اصول ترمودینامیک و فیزیک سیالات، بررسی کنیم که چطور قوانین طبیعت مانع از انجماد و مرگ آنی او شدند و چرا سینمای هالیوود در نمایش تاثیرات سرمای شدید تا این حد غلو میکند.
فهرست مطالب
- ۱. فیزیک لیدنفراست؛ سپر حرارتی نامرئی که مانع از انجماد میشود
- ۲. هالیوود در برابر آزمایشگاه؛ فریبهای سینمایی منجمد شدن آنی
- 3. محدودیتهای ترمودینامیکی؛ چه زمانی نیتروژن مایع کشنده میشود؟
- 4. پروتکلهای ایمنی کار با مایعات برودتی در صنایع مدرن
- 5. پدیدههای مشابه؛ از راه رفتن روی زغال داغ تا قطرات معلق آب
- 6. سوالات متداول
💡مختصر و مفید
پدیده لیدنفراست (Leidenfrost Effect) به دلیل ایجاد یک لایه عایق از بخار بین پوست و نیتروژن مایع، مانع از تماس مستقیم و انجماد آنی بدن محمد قریشی شد. اختلاف دمای فاحش بین دمای بدن (۳۷ درجه سانتیگراد) و نقطه جوش نیتروژن مایع (منفی ۱۹۶ درجه)، تبخیر لحظهای لایه بیرونی مایع را به همراه دارد. این لایه گاز، نرخ انتقال حرارت را به شدت کاهش میدهد و مانند یک سپر حرارتی موقت عمل میکند. با این حال، تداوم تماس بیش از چند ثانیه یا گیر افتادن قطرات در لباس، فوراً منجر به سوختگی شدید سرمایی میشود. تکرار این آزمایش بدون تجهیزات و دانش فنی، خطرات مرگبار و آسیبهای جبرانناپذیری به بافتهای زنده وارد میسازد.
فیزیک لیدنفراست؛ سپر حرارتی نامرئی که مانع از انجماد میشود
پدیده لیدنفراست نخستین بار در قرن هجدهم میلادی توسط پزشک و الهیاتشناس آلمانی، یوهان گوتلوب لیدنفراست (Johann Gottlob Leidenfrost)، فرمولهبندی و تشریح شد. این پدیده فیزیکی زمانی رخ میدهد که یک قطره مایع با سطحی تماس پیدا کند که دمای آن به طور چشمگیری بالاتر از نقطه جوش آن مایع است. در این حالت، بخش پایینی قطره در کسری از ثانیه تبخیر شده و لایه نازکی از گاز ایجاد میکند که قطره را معلق نگه میدارد. این لایه گازی به عنوان یک رسانای حرارتی بسیار ضعیف عمل کرده و مانع از انتقال سریع گرما بین سطح داغ و باقیمانده مایع میشود.
در آزمایش نیتروژن مایع، دمای پوست انسان در مقایسه با نقطه جوش منفی ۱۹۶ درجه سانتیگرادی نیتروژن، بسیار داغ به شمار میرود. به محض برخورد نیتروژن به سر و صورت، لایهای از گاز نیتروژن جوشان میان پوست و جریان مایع شکل میگیرد. این سپر گازی مانع از آن میشود که سرمای شدید مایع به طور مستقیم به سلولهای پوست منتقل شود. البته این محافظت فیزیکی تنها تا زمانی دوام دارد که نیتروژن در حال حرکت و لغزش روی پوست باشد و در صورت سکون، فاجعه رخ خواهد داد.
ماجرای چالش نیتروژن مایع محمد قریشی
یکی دو هفته اخیر، فضای وب پر شده بود از ویدئوهای چالش آب یخ، اما این بار یک تحصیلکرده رشته شیمی به نام محمد قریشی، کار جالبتری انجام داده است. او یک ظرف نیتروژن مایع روی خود ریخت. فکر میکنید چنین کاری چه تبعاتی در پی داشته باشد؟ خب، ما در سینما پیش از این صحنههای وحشتناکی در مورد این آزمون دیده بودیم، مثلاً اگر طاقتش را دارید، صحنه معروف فیلم جیسون ایکس را ببینید که در آن سر دختری توسط موجودی شرور، وارد ظرف نیتروژن مایع میشود، به کلی منجمد میشود و بعد با ضربهای ناگهان از هم میپاشد. در فیلم شکارچیان ذهن نیز صحنه مشابه دیگری را سراغ داریم.
در این آزمایش خاص محمد قریشی، نیتروژن مایع را با دمای انجماد منفی ۲۲۰ درجه و دمای جوش منفی ۱۹۶ درجه روی خودش ریخت، اما سرش منجمد نشد و دچار مرگ آنی نشد.
ویدئوی چالش نیتروژن مایع را در سایت آپارات ببینید.
اما چرا ریختن مایعی چنین سرد، باعث آسیب و یا دستکم آزار شدید این مرد نشد؟
هشدار: از تکرار آزمایش جدا پرهیز کنید.
از نظر علمی، وقتی سطحی به اندازه کافی داغ باشد و مایعی روی آن ریخته شود، لایهای نازک از بخار بین سطح و مایع تشکیل میشود. این امر باعث کاهش تماس مایع با سطح و تأخیر در تبخیر آن میشود. وقتی تماس و در نتیجه تبخیر کم شود، طبعاً میزان دمای دریافتی از سطح بدن شخص هم کاهش پیدا میکند و فرد یخ نمیزند. این پدیده را اصطلاحاً اثر لیدنفراست (Leidenfrost) میگویند. در این آزمایش، دمای بدن محمد نسبت به دمای نیتروژن مایع آنقدر زیاد بود که باعث ایجاد همان پدیده شد.
همانطور که هشدار دادم، از تکرار آزمایش (به فرض اینکه به نیتروژن مایع دسترسی دارید) پرهیز کنید. محمد دقیقاً میدانست که چه میکند و حتی اگر در ویدئو دقت کنید میبینید که بلافاصله سر و تیشرت خود را میتکاند.
محدودیتهای ترمودینامیکی؛ چه زمانی نیتروژن مایع کشنده میشود؟
اگرچه اثر لیدنفراست مانند یک جلیقه نجات موقت عمل میکند، اما تکیه بیمحابا بر آن میتواند عواقب فاجعهباری داشته باشد. این لایه عایق گازی تنها برای کسری از ثانیه پایدار میماند و در صورت تجمع مایع در یک نقطه، به سرعت فرو میپاشد. اگر نیتروژن مایع به درون یقه لباس نفوذ کند یا در فرورفتگیهای پوست نظیر گوش و چشمها انباشته شود، گاز تبخیر شده راه فراری نخواهد داشت و مایع مستقیماً با بافت بدن تماس پیدا میکند که نتیجه آن سوختگی شدید و نکروز بافتی است.
عامل کلیدی دیگر، زمان تماس و جرم مایع است؛ جریان عظیمی از نیتروژن مایع پتانسیل گرمایی پوست را به سرعت تخلیه کرده و تعادل دمایی را به هم میزند. به محض کاهش دمای پوست به زیر نقطه بحرانی، اثر لیدنفراست متوقف شده و انجماد واقعی آغاز میشود. به همین علت، تکاندن سریع لباسها و حرکت مداوم پس از برخورد با مایعات برودتی، حیاتیترین اقدام برای جلوگیری از چسبیدن قطرات و ممانعت از بروز صدمات عمیق پوستی است.
پروتکلهای ایمنی کار با مایعات برودتی در صنایع مدرن
در محیطهای آزمایشگاهی و صنعتی، کار با نیتروژن مایع نیازمند رعایت دقیق دستورالعملهای حفاظتی برای جلوگیری از حوادث ناگوار است. استفاده از عینکهای محافظ مخصوص، شیلدهای صورت و دستکشهای ضخیم غیرجاذب که به راحتی از دست خارج میشوند، الزامی است. دستکشهای چرمی یا پارچهای معمولی به دلیل داشتن الیاف متخلخل میتوانند نیتروژن مایع را به خود جذب کرده و آن را در تماس مداوم با پوست دست نگه دارند که این امر شدت آسیب را دوچندان میکند.
علاوه بر خطرات سوختگی سرمایی، تبخیر سریع نیتروژن در فضاهای بسته میتواند غلظت اکسیژن هوا را به شدت کاهش داده و منجر به خفگی خاموش شود. یک لیتر نیتروژن مایع پس از تبخیر به حدود ۷۰۰ لیتر گاز تبدیل میشود که این توسعه حجمی ناگهانی، خطر انفجار مخازن غیراستاندارد را نیز به همراه دارد. به همین دلیل سیستمهای تهویه قوی و حسگرهای سنجش میزان اکسیژن، بخش جداییناپذیر اتاقهای نگهداری مواد برودتی هستند.
پدیدههای مشابه؛ از راه رفتن روی زغال داغ تا قطرات معلق آب
اثر لیدنفراست منحصر به نیتروژن مایع نیست و در زندگی روزمره و آیینهای سنتی نیز به اشکال مختلف دیده میشود. بارزترین نمونه آن، ریختن قطرات آب روی یک تابه به شدت داغ است که در آن قطرات به جای تبخیر سریع، برای مدتی روی تابه به این سو و آن سو میلغزند. همچنین راز راه رفتن روی زغالهای گداخته بدون آسیب دیدن کف پا در برخی آیینهای باستانی، تا حد زیادی به همین پدیده و وجود رطوبت طبیعی یا عرق در پوست پا مربوط میشود.
البته در راه رفتن روی زغال، هدایت حرارتی ضعیف خود چوب سوخته نیز نقش مهمی ایفا میکند، اما لایه رطوبتی پوست به عنوان یک سد تبخیری موقت مانع انتقال حرارت مستقیم میشود. درک این پدیدههای فیزیکی به ما نشان میدهد که قوانین ترمودینامیک چطور مرز باریک میان یک نمایش خیرهکننده و یک آسیب جدی را تعیین میکنند و چرا تجربه و دانش علمی پیشنیاز انجام چنین آزمایشهای پرخطری است.
جمعبندی نهایی
آزمایش جسورانه ریختن نیتروژن مایع روی بدن، نمایش بینظیری از قدرت پدیده فیزیکی لیدنفراست و ایجاد لایه محافظ بخار بود. علم فیزیک به ما نشان میدهد که چگونه تفاوت دمای فاحش میتواند برای لحظاتی کوتاه عایق حرارتی کارآمدی ایجاد کند و مانع از آسیب بافتهای زنده شود. با این حال مرز میان ایمنی و خطر در این پدیده بسیار باریک است و هرگونه ماندگاری قطرات مایع در لباس یا پوست به سوختگیهای شدید سرمایی منجر میشود. تکرار این دست کارها بدون داشتن دانش عمیق ترمودینامیک و رعایت استانداردهای ایمنی، فاجعهبار خواهد بود و نباید به عنوان یک تفریح ساده پنداشته شود.
سوالات متداول
با بیش از ۲۰ سال نویسندگی «ترکیبی» مستمر در زمینهٔ پزشکی، فناوری، سینما، کتاب و فرهنگ.
باشد که با هم متفاوت بیاندیشیم!
مطالب مرتبط
ماده سفید روی زغال هم خودش مثل عایق عمل میکنه
متاسفانه روز ۲۸شهریور ۹۶ در شهرک صنعتی شیراز دو نفر از دوستان که بروی مخزن نیتروژن کار میکردن دچار حادثه شدن و فوت میکنن
من چندتا سوال دارم چطور میتونم باشما درارتباط باشم؟؟؟؟؟؟؟؟؟
این ایدی منه لطفا بامن تماس بگیرید یا به ایمیلم خبربدین من باهاتون درتماس باشم
id :mahnik937
mahnik937@yahoo.com
ای کاش ما هم اون سطل خاک رو پی می گرفتیم! راستی دکتر جان چرا شما در مورد رفتارشناسی جوامع مختلف مسلمانان جهان چیزی نمینویسید؟
در راه رفتن روی ذغال گداخته هم از همین پدیده کمک میگیرند.قطرات عرق روی کف پا به دلیل لیدن فراست با تاخیر تبخیر میشوند و باعث میشوند کف پای فرد دیر تر بسوزد.البته پوست کف پا باید از ظرفیت گرمایی بالایی برخوردار باشد که با سوختگی های جزئی انرا تامین میکنند
ماده سفید روی زغال هم خودش مثل عایق عمل میکنه
سلام
بنده لینک ویدئو را نمی بینم
متاسفانه لینک و کلیک مشاهده ویدئو دیده نمی شود
من هم در دیدن ویدئو مشکل دارم. از طریق این لینک می توانید توی آپارات ببینید:
http://www.aparat.com/v/IHgGr
ویدئو برای من هم پیدا نیست! (نه لینکی هست نه چیزی که بتونم محل ویدئو رو حدس بزنم). شاید مشکل کوچیکی باشه. به هر حال تو آپارات “چالش نیتروژن” رو جستجو کردم
ویدئو نیست
ویدیو در آپارات :
http://www.aparat.com/v/IHgGr
منم لینکی از ویدئو رو نمی بینم
واقعا جرات می خواد. هرچی هم به علم و دانشت اعتماد داشت باشی. خیلی جالب بود.
ویدئو نیست :x
http://www.aparat.com/v/IHgGr/%DA%86%D8%A7%D9%84%D8%B4_%D8%A2%D8%A8_%DB%8C%D8%AE%D8%8C_%D8%A7%DB%8C%D9%86_%D8%A8%D8%A7%D8%B1_%D8%A8%D8%A7_%D9%86%DB%8C%D8%AA%D8%B1%D9%88%DA%98%D9%86_%D9%85%D8%A7%DB%8C%D8%B9_%D8%A7%D9%86%D8%AC%D8%A7%D9%85_%D8%B4%D8%AF
ویدیویی وجود ندارد نه در فید نه در سایت!
راسی یه سوال دکتر
اون چالش سطل خاک تا کجا پیش رفت؟؟
ازش یه چیزایی شنیده بودم ولی دنبالش نکردم
جاهایی که می خواد در مورد خطر این آزمایش اخطار بده لهجه ی ایرانیش اوت می کنه : “این کار را در خانه انجام ندهید…”
ویدئو رو که نذاشتید!
ویدئو را در آپارات گذاشتم و در متن پست پخشکنندهاش درج شده. شاید با فید مطلب رو خوندید. الان صفحه رو باز کردم و ویدئو بدون مشکل با دو آی پی باز شد.
لینک ویدئو رو پیدا کردین شما ؟
مشکل از طرف منه که پیداش نمی کنم ؟
پس کو ویدئو؟