انتقال الكتلة

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

انتقال الكتلة هو الحركة الصافية للكتلة من موقع إلى آخر (عادةً ما يكون تيارًا أو طورًا أو جزءًا أو مكونًا). يحدث انتقال الكتلة في العديد من العمليات، مثل الامتصاص والتبخر والتجفيف والترسيب والترشيح الغشائي والتقطير . يستخدم مصطلح انتقال الكتلة في مختلف التخصصات العلمية لوصف عمليات وآليات مختلفة . ويُستخدم هذا المصطلح بشكل شائع في الهندسة لوصف العمليات الفيزيائية التي تتضمن النقل الانتشارى والحملي للمواد الكيميائية داخل الأنظمة الفيزيائية .

من الأمثلة الشائعة لعمليات انتقال الكتلة: تبخر الماء من البركة إلى الغلاف الجوي ، وتنقية الدم في الكليتين والكبد ، وتقطير الكحول. في العمليات الصناعية، تشمل عمليات انتقال الكتلة فصل المكونات الكيميائية في أعمدة التقطير، وأجهزة الامتصاص مثل أجهزة التنقية أو أجهزة التجريد، وأجهزة الامتزاز مثل طبقات الكربون المنشط، واستخلاص السوائل . غالبًا ما يقترن انتقال الكتلة بعمليات نقل إضافية، كما هو الحال في أبراج التبريد الصناعية . تربط هذه الأبراج انتقال الحرارة بانتقال الكتلة عن طريق السماح للماء الساخن بالتدفق ملامسًا للهواء، حيث يتم تبريد الماء عن طريق طرد جزء من محتواه على شكل بخار ماء.

الفيزياء الفلكية

في الفيزياء الفلكية ، يُعرف انتقال الكتلة بأنه العملية التي تنتقل فيها المادة المرتبطة جاذبياً بجسم ما، عادةً ما يكون نجماً ، لتملأ فص روش الخاص به ، ثم ترتبط جاذبياً بجسم آخر، عادةً ما يكون جسماً مضغوطاً ( قزم أبيض ، نجم نيوتروني ، أو ثقب أسود )، وتُدمج معه في النهاية. وهي ظاهرة شائعة في الأنظمة الثنائية ، وقد تلعب دوراً هاماً في بعض أنواع المستعرات العظمى والنجوم النابضة .

يمكن أن يحدث انتقال الكتلة في الأنظمة الثنائية أيضًا عبر الرياح النجمية ، وهو ما يُعرف باسم "انتقال الكتلة بالرياح". وغالبًا ما يتم نمذجته نظريًا على أنه تراكم بوندي-هويل-ليتلتون . [ 1 ]

الهندسة الكيميائية

يُستخدم انتقال الكتلة على نطاق واسع في مسائل الهندسة الكيميائية . فهو يُستخدم في هندسة التفاعلات، وهندسة الفصل، وهندسة انتقال الحرارة، والعديد من التخصصات الفرعية الأخرى للهندسة الكيميائية مثل الهندسة الكهروكيميائية. [ 2 ]

عادةً ما يكون الفرق في الجهد الكيميائي ، عند إمكانية تحديده، هو القوة الدافعة لانتقال الكتلة ، مع العلم أن تدرجات ديناميكية حرارية أخرى قد ترتبط بتدفق الكتلة وتدفعه أيضًا. ينتقل النوع الكيميائي من مناطق الجهد الكيميائي العالي إلى مناطق الجهد الكيميائي المنخفض. وبالتالي، فإن أقصى مدى نظري لانتقال كتلة معين يُحدد عادةً بالنقطة التي يكون عندها الجهد الكيميائي منتظمًا. بالنسبة للأنظمة أحادية الطور، يُترجم هذا عادةً إلى تركيز منتظم في جميع أنحاء الطور، بينما في الأنظمة متعددة الأطوار، غالبًا ما تُفضل الأنواع الكيميائية طورًا واحدًا على غيره، ولا تصل إلى جهد كيميائي منتظم إلا عندما يتم امتصاص معظمها في الطور المُفضل، كما هو الحال في استخلاص السائل-السائل .

بينما يحدد التوازن الديناميكي الحراري المدى النظري لعملية نقل الكتلة، فإن معدل نقل الكتلة الفعلي يعتمد على عوامل إضافية، منها أنماط التدفق داخل النظام ومعاملات انتشار المواد في كل طور. ويمكن تحديد هذا المعدل كميًا من خلال حساب معاملات نقل الكتلة وتطبيقها على العملية ككل. تُنشر هذه المعاملات عادةً بصيغة أرقام لا بُعدية ، وتشمل غالبًا أرقام بيكلي ، ورينولدز ، وشيروود ، وشميدت ، وغيرها. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

أوجه التشابه بين انتقال الحرارة والكتلة والزخم

توجد أوجه تشابه ملحوظة في المعادلات التفاضلية التقريبية الشائعة الاستخدام لنقل الزخم والحرارة والكتلة. [ 3 ] تتشابه معادلات النقل الجزيئي لقانون نيوتن لزخم المائع عند أرقام رينولدز المنخفضة ( تدفق ستوكس )، وقانون فورييه للحرارة، وقانون فيك للكتلة تشابهًا كبيرًا، نظرًا لأنها جميعًا تقريبات خطية لنقل الكميات المحفوظة في مجال التدفق. عند أرقام رينولدز الأعلى، يصبح التناظر بين نقل الكتلة والحرارة ونقل الزخم أقل فائدة بسبب اللاخطية في معادلة نافيير-ستوكس (أو بشكل أساسي، معادلة حفظ الزخم العامة )، لكن التناظر بين نقل الحرارة والكتلة يبقى جيدًا. وقد بُذلت جهود كبيرة لتطوير أوجه تناظر بين عمليات النقل الثلاث هذه للسماح بالتنبؤ بإحداها من أي من العمليات الأخرى.

مراجع

  1. ↑ بوفين، هنري إم جيه (2014). "انتقال الكتلة بواسطة الرياح النجمية". بيئة النجوم الزرقاء المتخلفة . مكتبة الفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء. المجلد  413. الصفحات 153-178 . arXiv : 1406.3473 . doi : 10.1007/978-3-662-44434-4_7 . ISBN  978-3-662-44433-7.
  2. ^ اليكتروخيميكا اكتا 100 (2013) 78-84. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.03.134
  3. 1 2 ويلتي، جيمس ر.؛ ويكس، تشارلز إي.؛ ويلسون، روبرت إليوت (1976). أساسيات انتقال الزخم والحرارة والكتلة ( الطبعة الثانية). وايلي. ISBN  9780471022497.
  4. ↑ بيرد، آر بي؛ ستيوارت، دبليو إي؛ لايتفوت، إي إن (2007). ظواهر النقل ( الطبعة الثانية). وايلي. 
  5. ↑ تايلور، ر.؛ كريشنا، ر. (1993). نقل الكتلة متعدد المكونات . وايلي.

انظر أيضاً