כיווצתי קפיץ מתכתי והחזקתיו

כיווצתי קפיץ מתכתי והחזקתיו טעון בעזרת מתקן עמיד בחומצה.
הכנסתי את המערך הנ"ל לכלי עם חומצה.
לאחר מספר ימים הקפיץ עוקל לחלוטין ע"י החומצה.
שאלתי: לאן נעלמה האנרגיה שהייתה עצורה בקפיץ?

יופי של שאלה!!!!

אפשרות א':

נניח שתהליך העיכול (דרך אגב ב-"כ" ולא ב-"ק")הוא הומוגני, כך שקטרו של תיל הקפיץ יקטן באופן שווה לכל אורכו בתלות בזמן. ברגע מסוים הקוטר יהיה קטן במידה כזו שהעומס / המאמץ הנוצר עקב כיווץ הקפיץ יהיה גדול ממאמץ השיא שהמתכת יכולה לעמוד בו. כשזה יקרה הקפיץ יקרוס וכל האנרגיה הפוטנציאלית האגורה תתורגם לאנרגיה דינמית בהשתחררות חלקי הקפיץ החופשיים בנקודת הקריסה.

אפשרות ב' :

כיווץ הקפיץ גורם להתפתחות כוחות דחייה בין המולקולות הקרובות. כוחות אלו אינם גדולים דיים בכדי להתגבר על הכוחות המכווצים החיצוניים. בתהליך העיכול משתחררים אטומים ומולקולות שעל פני השטח החיצוניים לתוך החומצה בריאקציה כימית. לולא היו בתוך קפיץ מכווץ תהליך העיכול הכימי היה מעלה את טמפרטורת החומצה בערך מסויים. היות והאטומים של הקפיץ טעונים באנרגיית הכיווץ אזי בהשתחררם בתהליך הכימי הם ישתחררו מפני הקפיץ במהירות גדולה יותר יחסית למצב לא מכווץ(תרגום האנרגיה הפוטנציאלית לדינמית). תנועתם המהירה תעלה את הטמפרטורה של החומצה קרי תרגום של האנרגיה הפוטנציאלית לדינמית (או טרמית). יתירה מזו מצב המולקולות בקפיץ המכווץ, גם יזרז את תהליך העיכול היות והאטומים והמולקולות בפני השטח החיצוניים של הקפיץ נמצאים ברמה אנרגתית לא יציבה ולכן התהליך הכימי יהיה מהיר יותר.

בפועל המציאות היא שילוב של שתי האפשרויות לעיל:

תהליך העיכול של קפיץ מכווץ יהיה מהיר יותר מאשר של קפיץ במצב נייטרלי. תהליך העיכול הזה ישחרר לחומצה, מולקולות שהן תוצרי הריאקציה הכימית אבל אנרגתיות יותר, מה שיתבטא בתנועתן המהירה יותר בתוך החומצה ולעליית הטמפרטורה בחומצה מעבר לעלייה הצפויה במצב קפיץ נייטרלי. בשלב מסוים כאשר קוטר תיל הקפיץ יגיע לנקודה בה העומס המיכני יהיה מעל למאמץ הקריסה של מתכת הקפיץ (במקרה שלנו זה יהיה בערך קטן מהנומינלי בגלל התחממות הקפיץ), ישתחררו חלקי הקפיץ במהירות (קרי תרגום שארית האנרגיה הפוטנציאלית האצורה בקפיץ שטרם השתחררה בתהליך הכימי, לאנרגיה דינמית).

לסיכום:

Ep=Ed+Et

כאשר Ed היא האנרגיה הדינמית של חלקי הקפיץ שעדיין לא עוכלו , ו-Et היא תוספת האנרגיה התרמית של החומצה מעבר לערך במצב נומינלי, בנקודת הזמן של התפרקות הקפיץ.

התשובה ניתנה על ידי מומחה KOL מר ישראל דויטש

---