مدونات هندسة الأمن والسلامة

| راسل المدوّن

مصطلحات وتعريفات للمصطلحات الهامة في دراسة علوم الحريق

qcc_wyvern_fire_science_update2

الطــاقـة
ماهى الطاقة ؟

الطاقة هي المقدرة على القيام بعمل ما , وهناك صور عديدة لها ، يتمثل اهمها في الحرارة والضوء , وهناك” الطاقة الميكانيكية” التي تولدها الالات ، و”الطاقة الكيميائية” التي تتحرر عند حدوث تغيرات كيميائية .

يمكن تحويل الطاقة من صورة الى اخرى , فعلى سبيل المثال ، يمكن تحويل الطاقة الكيميائية المختزنة في بطارية الجيب الى ضوء , اذا” فركت” كفيك معا في جو بارد فإنك تشعر بالدفء , وهاهى الطاقة الميكانيكية “الاحتكاك” تحولت الى حرارة ومن صور هذه الطاقة الحرارة .
كمية الطاقة الموجودة في العالم ثابتة بإستمرار ، فالطاقة لا تفنى ولا تستحدث من عدم , وعندما يبدو ان الطاقة قد إستنُفذت ، فانها في حقيقة الأمر تكون قد تحولت الى صورة أُخرى منها الحرارة .

الحرارة
ماهى الحرارة ؟

الحرارة هي شكل من أشكال الطاقة ، وهي تحديدا طاقة حركية تحملها جزيئات المادة على شكل اهتزازات وحركات لهذه الجزيئات وبأشكال مختلفة , فالجزء المكون من ذرتين يمكنه أن يتحرك بثلاثة آليات:
1- اهتزاز , تجاذب وتنافر بين الذرتين .

2- حركة دورانيه حول محور معين تدور الذرتان حوله .

3- حركه إنتقاليه لجزئ كاملا في الوسط المحيط .

ويمكن تعريف كمية الحرارة , بأنها مجموع الطاقة الداخلية للجزيئات , والطاقة الداخلية للجزيئات = طاقة الحركة و طاقة الوضع وبذلك فالطاقة التي يختزنها أو يحملها هذا الجزئ تكون أكبر إذا كان متحركا بسرعة كبيرة أو يدور حول محوره أو يهتز بتردد كبير , ويمكننا زيادة هذه الطاقة بالتسخين .

التسخين 

ما هو التسخين ؟

التسخين يحدث عندما تهتز شحنة كهربائية فإنها تطلق موجة كهرومغناطيسية يتناسب طول موجتها , وترددها مع تردد اهتزاز هذه الشحنة . والعملية العكسية ممكنة كذلك فالجزئ الذي يتعرض لموجة كهرومغناطيسية بتردد معين (يتوافق مع المدى الذي يمكنه الاهتزاز ضمنه) يمتص طاقة هذه الموجة ويهتز بتردد أكبر مما كان عليه وهنا فإن الطاقة التي يحملها هذا الجزيء أصبحت أكبر , وهذا ما يعنيه تسخين جزيء واحد , ويعود الأمر إلى التردد الذي يهتز به جزيء هذه المادة وإلى طاقة الحركة الدورانيه والإنتقاليه لهذا الجزيء ويطلق على هذه الحالة درجة الحرارة .

 درجة الحرارة 

ما هي درجة الحرارة ؟

نعرف درجة حرارة جزيء بأنها مقياس لمعدل طاقة الحركة الكليه للجزيء . والحرارة هى ردّ الفعل للطاقة التي تمتصّ أو تصدر عندما يتعرض جسم ما إلى فعل حرارى , فالمواد التى تحتوى على قدر من الطاقة الحرارية , تحتوى على الحرارة بقدر أكبر من التى تمتص . تنتج ردود الأفعال الحرارية من المواد مع أقل طاقة مكتسبة ، وتكون على شكل من الطاقة الحرارية المصدره الى الاجسام المجاورة لها , وتصبح لهاردود أفعال على مواد أخرى , وأن بعض المواد يمكنها اختزان طاقة حرارية كبيرة في حين أن البعض الآخر لا يمكنه ذلك , ولكل مادة سعة حرارية .

 السعة الحرارية

ماهى السعة الحرارية للمادة ؟

هى كمية الطاقة التي يمكنها رفع درجة حرارة هذه المادة بمقدار درجة واحدة , وهذه الدرجة يمكن أن تكون درجة مئوية أو كلفن . بمعنى أن كمية الحرارة التي يمكن أن تحتويها مادة ما يمكن حسابها بأخذ معدل طاقة حركة الجزئ الواحد وضربه في عدد الجزيئات . فكلما كان بإمكان الجزئ الواحد أن يختزن طاقة أكثر كلما أصبحت السعة الحرارية للمادة التي تتكون منه أكبر. وعليه فإن السعة الحرارية للمواد الصلبه بوجه عام أقل من السوائل والسوائل أقل من الغاز باعتبار حرية الحركة للسائل أكثر منها للصلب وكذلك للغاز أكبر منها للسائل , ونجد مثلا أن السعة الحرارية للفولاذ هي 0.447 وللماء 4.169 وللهيدروجين 14.250 كيلو جول / كلفن والسعة الحرارية هنا هى قدرة المادة على إختزان الطاقة الحرارية .

 الطاقة الحرارية 

ما هي الطاقة الحرارية ؟

فإذا استظل المرء فى ظل شجرة أو مبنى فإنه يشعر بالراحة , وذلك لأن الحرارة التي تصله من الشمس نقصت . فحرارة الشمس إذن كالضوء يمكن حجبها بواسطة مظلة أو بناء , والحقيقة أن الطاقة الحرارية والضوئية لهما منشأ واحد , وعادة ما تترافق الحرارة مع الضوء حيث يشكل كل منها جزءا مما يسمى الطيف (الإشعاع) الكهرومغناطيسي الذي يضم بالإضافة إليهما أشكالا أخرى من الطاقة الكهرمغناطيسية. فالضوء هو أمواج كهرومغناطيسة والحرارة أيضا أمواج كهرومغناطيسية تسمى الأشعة تحت الحمراء لكن طاقة كل منهما تختلف عن الأخرى وطبيعية الإحساس به تختلف أيضا , والطاقة الحرارية تنتقل بواسطة الأشعة تحت الحمراء وعندما تمتصها المادة فان جزيئاتها تتذبذب في موضعها بسرعة أكبر إن كانت صلبة أو تنتقل عشوائيا بسرعة أكبر إن كانت سائلا أو غازا وهذا ما نلاحظه عند تسجين الماء مثلا , وهنا نقول أن الطاقة الحرارية عند إمتصاصها قد تحولت إلى طاقة حركية لكن على مستوى الجزيئات وليس على مستوى الأجسام ككل والتى يطلق عليها المادة .

 المـــادة 

يتكون جسم الإنسان من المادة …. ويتعامل الإنسان مع المادة فى كل مجالات حياته , والمادة هى العناصر التى تتكون منها مأكله وشرابه وملبسه وسكنه وعمله ووسائل إنتقاله برا وبحرا وجوا وكافة إحتياجاته ومكونات الإنتاج ومنتجات المصانع وبصفة عامة كل مكونات الحياة … وهذا يعكس مدى أهمية المادة للإنسان , أيا كان شكلها أو نوعها أو مواصفاتها أو إستخداماتها ….

قد تتغير مواصفات المادة نتيجة لتدخل الانسان , أو بتدخل الطبيعة , وتتحول إلى شكل , أو مواصفات أو نوع أخر يستفيد منه الانسان , ولكنه من المادة ….وقد يحدث ما لايرغب فيه الانسان , أى قد يطرأ عليها تحولاً يفقدها أدنى مميزاتها , وقد تصبح عديمة الجدوى ….. وهنا فقد الانسان عنصرا هاما , كان يعتمد عليه فى حياته , إلا أن هناك ما لايمكن تعويضه إذا كانت هذه المادة هى الانسان . هناك خطر يتربص بالانسان والمادة , هو مارد جبار , يولَد طفلا , وأثناء طفولته هذه تكون الفرصة التى يمكن خلالها ترويضه والسيطرة عليه, إلا أن هذه الطفوله قد لاتستغرق إلا بضع ثوانى , يتحول بعدها الى وحش جائع يلتهم مايمكن إلتهامه , ولايترك خلفه شيئاً , إينما سار , لايشبع أبدا طالما هناك مايأكله , يستسلم له الجماد , ويفر منه الحيوان والإنسان , إلا من باءت محاولاته بالفشل , ونجح هذا المارد فى محاصرته , فيظهر بعض المقاومة , وما يكاد يلبس حتى يأت على جسده ويبدأ فى إلتهامه حتى يستسلم هو الأخر , شأنه شأن الجماد ……ذلك المارد الجبار , ليس إلا النار .

النار ………. هذا هو المارد , الذى يأت على الاخضر واليابس , على الجماد والحيوان والإنسان , هذا هو القاتل اللعين , الذى لابد من الوقوف أمامه ومقاتلته عندما يظهر نواياه السيئة …. إلا أنه وبالرغم من ذلك , فلا يمكن للإنسان الإستغناء عنها بحال من الاحوال , فهو يطوعه ليستخدمه فى طهى الطعام , وإعداد ملبسه وصناعة عناصر الحياه الخاصة به , وهذا لايمكن إلا إذا كان تحت سيطرة الإنسان , والذى لابد وأن تتوافر لديه وسائل التحكم فى هذه السيطرة , وتجهيزات ومعدات القتال التى يمكن أن يتسلح بها لقمعها فى حالة تمردها , والقضاء عليها إذا لزم الامر . ولعلنا هنا بصدد أنواع مختلفة من هذه النيران … الأولى يشعلها الإنسان برغبة منه ويجعلها تحت سيطرته , وهذا النوع إما أن يظل أليفا , أو يتحول عندما يُفقَد إحكام السيطرة عليه , والثانى نتيجة حادثا عرضيا لارغبة للإنسان فى حدوثة , وأخر قد تتسبب فيه الطبيعة. وسبحان الله أن تكون النيران هى أحد أسلحة الخالق جل شأنه , وهى على النقيض من الجنة التى وعد الله المؤمنين يوم القيامة , إلا أنه سبحانه كان رحيما بنا فى دنيانا , فقد وهب لنا الماء , وجعل منها كل شيئ حى , وعلى الرغم من أنها سببا فى حياة مخلوقاته , إلا أنه جعلها سببا فى إلقضاء على حياة النار . وقد عرف الانسان النار منذ قديم الأزل , وتعامل معها على قدرها البسيط , إلا أنه فى عصرنا هذا , فإن هناك العديد من مجالات إستخدامها , وفى نفس الوقت هناك من المواد إكتشفها الإنسان وطورها , وهى أيضا قابلة للإحتراق

 الأكسدة

والأكسدة هى تفاعل كيمائى يحدث بين جزيئات المادة والاكسجين الموجود بالوسط المحيط بالمادة وهناك رد فعل بطيء , هو رد فعل بين بعض المواد والأكسجين الذي يتطلب لإكتماله أسابيع أو شهور , ورد الفعل هذا ، ليس باحتراق ، ولكنها سخونة ببطئ شديد جدا وتكون فيه درجة الحرارة لا تزيد أبدا أكثر من درجة أعلى من درجة حرارة البيئة المحيطة , ومثال لهذه العملية هي صدأ المعادن .
و إشتعال النار هو تفاعل كيمائى عبارة عن أكسدة تحدث لجزيئات المواد القابة للإشتعال , وقد يحدث التفاعل بمعدلات مختلفة , فقد يحدث بمعدل أسرع فى ظل ظروف خاصة مثل درجة الحرارة العالية والخلط المناسب , ويعرف الاشتعال بأنه أكسدة مستمرة وسريعة لملايين جزيئات المواد القابلة للإشتعال , وبطبيعة الحال فتفاعل الأكسدة منتج للحرارة , وتحدث الأكسدة لجزيئات المواد بتكسيرها الى ذرات منفردة , متحدة مع الأكسجين لإنتاج جزيئات جديدة , وأثناء ذلك تنطلق كمية من الطاقة على شكل حرارة وضوء , ويزيد معدل إطلاق الطاقة كلما زادت سرعة الأكسدة . الفرق بين رد فعل الأكسدة البطيئة oxidative ورد فعل الإحتراق بأن الأخيرة تحدث بشكل سريع جدا بأن تولد الحرارة أسرع منه ، يسبب ارتفاع درجة الحرارة , على الأقل مئات من الدرجات ، وغالبا بضعة ألاف درجة . وغالبا ، فى درجة الحرارة العالية جدا ينبعث من منطقة رد فعل الاحتراق ضوءا مرئيا , وهناك دائما ردود فعل للاحتراق بين المواد المختلفة وأوكسجين الهواء . واللهب هو رد فعل غازي للأكسدة , وذلك لأنه :

– يُحدث إرتفاع في درجة الحرارة لمنطقة الفضاء المحيطة بعملية الإحتراق عن المنطقة التي تليها .

– ترسل الاكسدة السريعة ضوء , مثال ذلك اللّهب الأصفر لشمعة واللّهب الأزرق لمشعل غاز . إنّ هذه العملية ليست بالضرورة مرتبطة بأكسدة الوقود ( المادة ) بالأوكسجين الجوّي .

فبعض المواد الصلبة يمكن أن تحترق مباشرة بتوهّج الإحتراق أو بالإشتعال ، لكن في عملية إحتراق المواد الصلبة والوقود السائل , يحدث بخار قبل الإحتراق , هو ضروري للتمييز بين مرحلتين :

(1) قبل الخلط ، أي وقود غازي مختلط بالهواء قبل الإيقاد .

(2) يحدث الإحتراق في المناطق التى ينتشر الوقود والأكسجين فيها على شكل مخلوط وينتج عنه إرتفاع فى الضغط وإنفجار . عامل التأكسد الأكثر شيوعا هو أكسجين جزيئي (o2) في الهواء ، الذي يتكون تقريبا من خمس أكسجين , وأربعة أخماس نتروجين وغازات أخرى ، هناك بعض المواد الكيميائية التي يطلق عليها عوامل تأكسد قويّة ، مثل نترات الصوديوم وكلورات البوتاسيوم ، التي إذا إختلطت مع وقود صلب أو سائل ، ينتج مخلوطات تفاعلية , والبارود خليط طبيعي من الكربون والكبريت (الوقود) المخلوط بنترات الصوديوم , وهناك أيضا مجموعات تفاعلية ، مثل مجموعة النترات ، التى تتّحد كيمياويا مع الوقود ، مثل ثالث نتريت التولوين السليلوزي (T.N.T) النوع الناتج يكون غير مستقر والذى يتفسّخ بقوة عند توافر الشروط الملائمة .

معدل الإشتعال
يعتمد معدل الإشتعال على إنتاج الأبخرة , والذى يتأثر بعدد من العوامل منها طبيعة السطح للمادة المشتعلة , فالمواد الصلبة التى على هيئة غبار أو نشارة سوف تشتعل أسرع من المواد الصلبة المتماسكة , فالمواد الصلبة الدقيقة الحبيبات لها مساحة سطح تعرض للحرارة أكبر بكثير من غيرها , وعليه فهى تمتص الحرارة أسرع وتتبخر أسرع وتمتص كميات أكبر من الأبخرة القابلة للإشتعال , مما يؤدى لحدوث إشتعال بكثافة أعلى , وإستهلاك المادة سريعا , فى حين تحتاج المواد الصلبة المتماسكة القابلة للإشتعال لفترات زمنية أطول .
والجدير بالذكر أن سحابات الغبار تتكون من حبيبات دقيقة للغاية , وعندما تختلط سحابة غبارية قابلة للإشتعال ( غبار الغلال ) , إختلاطا جيدا بالهواء , ويبدأ الإشتعال , فإن التفاعل يكون فائق السرعة , وغالبا ما يصاحَب بقوة إنفجارية , ومثل هذه الإنفجارات كثيرا ما تحدث فى مطاحن ومخازن الغلال أو الدقيق أو ما يشابهها . العوامل التى تؤثر على معدل الإشتعال لكل مادة درجة حرارة إشتعال وتتأثر عملية الإشتعال بالاتى : – ·

سرعة الإشتعال تتوقف على صورة المادة وطبيعتها من حيث ( صلبة – سائلة – غازية ) , فكلما كانت صلبة يلزم التفرقة بين المادة الصلبة المرنه أو الصلبة المشكله ( الهيكلية ) , فهى أسرع فى المرنة وأبطأ فى المشكلة فى الإشتعال . ·

(حجم المادة – وشكلها ) , فكلما صغر حجم وشكل المادة كانت أسرع فى الإشتعال , نظرا لتعرض جزيئاتها بالكامل للحرارة , وكذا كلما كانت من حيث الشكل بها فراغات وذات سمك بسيط كانت سريعة فى الإستجابة للحرارة والإشتعال فالمواد الصلبة على هيئة غبار أو نشارة تشتعل أسرع من المواد الصلبة المتماسكة , ويرجع ذلك إلى كبر مساحة السطح المعرض للحرارة . ·

( مدى قابلية المادة لإمتصاص الحرارة ) , وينعكس ذلك على سرعة وقدرة المادة على التأثر بدرجة الحرارة , وإمتصاصها , وزيادة حرارتها وتنتج كميات أكبر من الأبخرة القابلة للإشتعال . · ( مدى تأثير الحرارة على المادة ) , أى مدى إستعداد الحرارة من حيث كثافتها وقدرتها على إحداث التعييرات على المادة , من إنتاج غازات ومدى كثافة هذه الغازات , وإشتعالها . ·

( درجة سخونة المادة عند تعرضها للحرارة ) , تشتعل المادة عن إرتفاع درجة حرارتها , وعملية الإرتفاع هذه لاتتم فجأة , ولكنها تتم على مراحل , عبارة عن درجات , فقد تتأثر المادة قبل تعرضها للحرارة , بسخونة البيئة المحيطة بها , سواء عن طريق إرتفاع فى درجة حرارة الجو فى المناطق الحارة , أو نتيجة وجود المادة بين معدات وأجهزة تنتج حرارة من جراء تشغيلها , أو تأثرها بحرارة الإشتعال المجاور لها والتى يطلق عليها الإشعاع الحرارى , وفى هذه الحالة لاتحتاج المادة فترة طويلة للإشتعال , نظرا لزيادة معدل البخر الطبيعى بغير فعل التسخين الطارىء , وعليه فإنها تحتاج لدرجات حرارة أقل . ·

( زمن تعرض المادة للحرارة ) , إذا تم تمرير ورقة على سطح شمعة مشتعلة , تمريرا سريعا , لاتشتعل , وفى حالة التمرير البطىء لهذه الورقة , فإنه ينتج عن ذلك إشتعالها , ذلك لأن , درجة حرارة لهب الشمعة ثابت فى الحالتين , أما بالنسبة لزمن تعرضها للحرارة فقد إختلف , حيث كان أقل فى حالة التمرير السريع , أما فى الثانية فكان زمن التعرض أكبر , لذلك كان هناك إشتعال . · ( درجة رطوبة المادة ) , وهذه تخص المواد الصلبة , ودرجة رطوبة المادة الصلبة تعنى قدرتها على الإحتفاظ بكميات من المياه , ومعنى إحتفاظها بكميات من المياه أيا كانت نسبتها , فلابد من تبخيرها لإمكانية حدوث إشتعالها , ويتطلب هذا الأمر طاقة حرارية أكبر من التى تحتاجها المادة الجافة , وكذا زمن تعرض أكبر للحرارة , وكلما كان حجم الوحدة منها صغيرا إحتفظت بقدر أقل من المياه , وزادت فرصة سرعة الإشتعال ·

( نسبة الأُكسجين فى البيئة المحيطة ) , وأخيرا فهناك عاملا أساسيا فى حدوث الإشتعال , أو سببا فى إستمراره , وكلما حصلت المادة على نسبة الأُكسجين التى تحتاجها , كان إشتعالها مثاليا بالنسبة لها , والمواد فى هذا الشأن عدة أنواع , وذلك على النحو التالى :-

1. مواد تحتاج أكسجين الهواء الجوى .

2. مواد بها نسبة من الأُكسجين فى تركيبها ( وهى تحتاج الى نسبة أخرى من أكسجين الهواء الجوى حتى تصل الى النسبة المطلوبة لعملية الإشتعال .

3. مواد يوجد بمكوناتها الأُكسجين ( ولاتحتاج الى أكسجين الهواء الجوى ) مثل المتفجرات .

 


اترك تعليقك




صورة الكابتشا
*
23 - 07 - 2014 2٬557 مشاهدة

عن الموقع

هناك حقيقة مثبتة منذ زمن طويل وهي أن المحتوى المقروء لصفحة ما سيلهي القارئ عن التركيز على الشكل الخارجي للنص أو شكل توضع الفقرات في الصفحة التي يقرأها. ولذلك يتم استخدام طريقة لوريم إيبسوم لأنها تعطي توزيعاَ طبيعياَ -إلى حد ما- للأحرف عوضاً عن استخدام "هنا يوجد محتوى نصي، هنا يوجد محتوى نصي" فتجعلها تبدو (أي الأحرف) وكأنها نص مقروء.

القائمة البريدية

اشترك الآن في القائمة البريدية ليصلك جديد الموقع من أخبار ومنتجات.

وتمتّع بمتابعة المقالات المميزة في مدونات الأمن والسلامة.