Under the hood: The chemistry of cars - Cynthia Chubbuck

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Tal Dekkers

There are over one billion cars in the world today,

יש היום יותר ממיליארד מכוניות בעולם,

getting people where they need to go,

שלוקחות אנשים לאן שהם צריכים,

but cars aren't just a mode of transportation,

אבל מכוניות הן לא רק צורת תחבורה,

they're also a chemistry lesson waiting to be taught.

הן גם שיעור כימיה שמחכה להלמד.

The process of starting your car begins in the engine cylinders,

התהליך של להניע את המכונית מתחיל בבוכנות של המנוע,

where a spritz of gasoline from the fuel injector

שם נתז דלק ממזרק הדלק

and a gulp of air from the intake valve

ולגימת אוויר משסתום היניקה

mix together before being ignited by a spark,

מתערבבים יחד לפני שהם מוצתים על ידיד המצת,

forming gases that expand and push the piston.

יוצרים גזים שמתרחבים ודוחפים את הבוכנה.

But combustion is an exothermic reaction, meaning it releases heat.

אבל פיצוץ הוא תגובה אקזוטרמית, מה שאומר שהיא משחררת חום.

Lots of it.

הרבה ממנו.

And while much of this heat escapes through the tail pipe,

ובעוד שהרבה מהחום הזה בורח דרך האגזוז,

the heat that remains in the engine block needs to be absorbed, transported, and dissipated

החום שנשאר בבלוק המנוע צריך להספג, להיות מועבר ולהפלט

to protect the metal components from deforming or even melting.

כדי להגן על מרכיבי המתכת מלהתעוות או אפילו להנמס.

This is where the cooling system comes in.

שם מערכת הקירור נכנסת לפעולה.

A liquid gets circulated throughout the engine,

נוזל מוזרם דרך המנוע,

but what kind of liquid can absorb all that heat?

אבל איזה סוג של נוזל יכול לספוג את כל החום?

Water may seem like an obvious first choice.

מים אולי נראים כמו הבחירה הטבעית הראשונה.

After all, its specific heat,

אחרי הכל, החום הספציפי שלהם,

the amount of energy required to raise the temperature

הכמות של האנרגיה הדרושה כדי להעלות את הטמפרטורה

of a given amount by one degree Celsius,

של כמות מסויימת במעלה אחת,

is higher than that of any other common substance.

גבוהה מזו של כל חומר נפוץ אחר.

And we have a lot of heat energy to absorb.

ויש לנו הרבה אנרגית חום לספוג.

But using water can get us into deep trouble.

אבל שימוש במים יכול להכניס אותנו לצרות עמוקות.

For one thing, its freezing point is zero degrees Celsius.

ראשית, נקודת הקפיאה שלהם היא אפס מעלות.

Since water expands as it freezes,

מאחר ומים מתרחבים כשהם קופאים,

a cold winter night could mean a cracked radiator and a damaged engine block,

חורף קר יכול לגרום לרדיאטור סדוק ובלוק מנוע פגום,

a chilling prospect.

רעיון מקפיא.

And considering how hot car engines can get,

וחשבו על כמה מנוע של מכונית מתחמם,

the relatively low boiling point of 100 degrees Celsius

נקודת הרתיחה הנמוכה יחסית של מים ב 100 מעלות

can lead to a situation that would get anyone steamed.

יכולה להוביל למצב שיכול להרתיח כל אחד.

So, instead of water, we use a solution,

אז, במקום מים, אנחנו משתמשים בתמיסה,

a homogeneous mixture consisting of a solute and a solvent.

תערובת הומוגנית שמכילה ממיס ומומס.

Some of the solution's properties will differ depending on the proportion of solute present.

אחת התכונות של התמיסה תשתנה בהתאם ליחסים של המומס שנמצא.

These are called colligative properties, and as luck would have it,

אלה נקראים תכונות קולגטיביות, ובמקרה,

they include freezing point depression and boiling point elevation.

הן כוללות הורדת נקודה הקפיאה והעלאת נקודת הרתיחה.

So, solutions have both a lower freezing point and a higher boiling point than pure solvent,

אז, לתמיסות יש גם נקודת קפיאה נמוכה יותר וגם נקודת רתיחה גבוהה יותר מממיסים טהורים,

and the more solute is present, the bigger the difference.

וכלל שיש יותר מומס, ההבדל גדול יותר.

So, why do these properties change?

אז, למה התכונות האלו משתנות?

First of all, we need to understand that temperature is a measure

ראשית, אנחנו צריכים להבין שטמפרטורה היא מידה

of the particle's average kinetic energy.

של האנרגיה הקינטית הממוצעת של חלקיקים.

The colder the liquid, the less of this energy there is,

ככל שהנוזל קר יותר, יש בו פחות אנרגיה,

and the slower the molecules move.

והמולקולות נעות לאט יותר.

When a liquid freezes, the molecules slow down,

כשנוזל קופא, המולקולות מאיטות,

enough for their attractive forces to act on each other,

מספיק כדי שכוחות המשיכה יפעלו אחד על השני,

arranging themselves into a crystal structure.

ויסדרו את עצמן למבנה גבישי.

But the presence of solute particles gets in the way of these attractions,

אבל הנוכחות של חלקיקים מסיסים מפריעה לכוחות המשיכה,

requiring a solution to be cooled down further before the arrangement can occur.

ודורשת שהתמיסה תתקרר יותר לפני שהסידור יכול להתרחש.

As for the boiling point, when a liquid boils,

בנוגע לנקודת הרתיחה, כשנוזל רותח,

it produces bubbles filled with its vapor,

הוא יוצר בועות ממולאות באדים,

but for a bubble to form, the vapor pressure must become as strong

אבל כדי שבועה תיווצר, לחץ האדים צריך להיות חזק

as the atmosphere constantly pushing down on the surface of the liquid.

כמו האטמוספירה שלוחצת כל הזמן על שטח פני הנוזל.

As the liquid is heated, the vapor pressure increases,

כשהנוזל מתחמם, לחץ האדים גדל,

and when it becomes equal to the atmospheric pressure,

וכשהוא משתווה ללחץ האטמוספרי,

the bubbles form and boiling occurs.

הבועות נוצרות והרתיחה מתרחשת.

A solution's vapor pressure is lower than that of pure solvent,

הלחץ של אדים בתמיסה נמוך יותר משל ממס טהור,

so it must be heated to an even higher temperature

אז היא חייבת להיות מחוממת לטפרטורה גבוהה יותר

before it can match the strength of the atmosphere.

לפני שהיא תגיע לעוצמה של הלחץ האטמוספרי.

As an added bonus, the pressure in the radiator

כבונוס נוסף, הלחץ ברדיאטור

is kept above atmospheric pressure,

נשמר מעל הלחץ האטמוספרי,

raising the boiling point by another 25 degrees Celsius.

ומעלה את נקודת הרתיחה ב 25 מעלות נוספות.

The solution commonly used for a car's cooling system

הפיתרון שלרוב נמצא בשימוש במערכות קירור לרכב

is a 50/50 mixture of ethylene glycol and water,

הוא תערובת של 50/50 של אטילתן גליקול ומים,

which freezes at -37 degrees Celsius and boils at 106 degrees Celsius.

שקופא ב 37- מעלות ורותח ב 106 מעלות.

At the highest recommended proportion of 70 to 30,

ביחס המומלץ הכי גבוה של 70 ל 30,

the freezing point is even lower at -55 degrees Celsius,

נקודת הקפיאה היא אפילו נמוכה יותר ב 55- מעלות,

and the boiling point rises to 113 degrees Celsius.

ונקודת הרתיחה עולה ל 113 מעלות.

As you can see, the more ethylene glycol you add,

כמו שאתום רואים, ככל שמוסיפים יותר אטילן גליקול,

the more protection you get, so why not go even higher?

יש יותר הגנה, אז למה הוא לא גבוה אפילו יותר?

Well, it turns out you can have too much of a good thing

ובכן, מסתבר שיכול להיות יותר מדי מדבר טוב

because at higher proportions,

מפני שביחסים גבוהים יותר,

the freezing point actually starts to go back up.

נקודת הקפיאה למעשה מתחילה לעלות שוב.

The properties of the solution head towards the properties of ethylene glycol,

היחסים של התמיסה מוטים לכיוון התכונות של האטילן גליקול,

which freezes at -12.9 degrees Celsius,

שקופא ב 12.9- מעלות,

a higher temperature than we attained with the solution.

טמפרטורה גבוהה יותר משהשגנו בתמיסה.

The solution flows through the engine, absorbing heat along the way.

התמיסה זורמת בתוך המנוע, קולטת חום בדרך.

When it reaches the radiator, it's cooled by a fan,

כשהיא מגיעה לרדיאטור, היא מתקררת על ידי המאוורר,

as well as air rushing through the front of the car

והאויר שזורם דרך קדמת המכונית

before returning to the hot engine compartment.

לפני שהיא חוזרת לאזורי המנוע החמים.

So, an effective and safe engine coolant

אז, לנוזל קרור אפקטיבי ובטוח

must have a high specific heat, a low freezing point, and a high boiling point.

צריך להיות חום ספציפי גבוה, טמפרטורת קיפאון נמוכה, ונקודת רתיחה גבוהה.

But instead of searching all over the world for the perfect liquid to solve our problem,

אבל במקום לחפש בכל העולם את הנוזל המושלם כדי לפתור את הבעיה,

we can create our own solution.

אנחונ יכולים ליצור תמיסה (גם פתרון) משל עצמנו.