اللزوجة المعتمدة على الزمن: اللزوجة والثبات

يمكن موازنة تفاعلات الأكسدة والاختزال المعقدة باستخدام طريقة نصف التفاعل. يُقسّم التفاعل الكلي إلى نصفي تفاعل منفصلين: أحدهما للأكسدة والآخر للاختزال. يُوازن كل نصف تفاعل للذرات والشحنات بشكل مستقل، غالبًا بإضافة أيونات الهيدروجين (H+) والهيدروكسيد (OH-) والماء (H2O) في المحاليل المائية. أخيرًا، تُعادل أعداد الإلكترونات، وتُجمع نصفي التفاعلات.

تُظهِر جميع الكيانات الكمية، مثل الفوتونات والإلكترونات، خواص جسيمية وموجية على حد سواء. واعتمادًا على الإعداد التجريبي، يمكن أن تتصرف كجسيم موضعي أو موجة موزعة. وتنص فرضية دي برولي على أن أي جسيم كمية حركته [latex]p[/latex] له طول موجي مصاحب [latex]\lambda = h/p[/latex]، حيث [latex]h[/latex] هو ثابت بلانك.

هذه معادلة أساسية في ميكانيكا الكم تصف كيفية تغيُّر الحالة الكمية لنظام فيزيائي بمرور الزمن. وهي معادلة تفاضلية جزئية خطية للدالة الموجية [latex]\Psi(x، t)[/latex]. والنسخة المعتمدة على الزمن هي [latex]i\hbar\frac{\partial}{\partial t}\Psi = \hat{H}\Psi[/latex]، حيث [latex]\hat{H}[/latex] هو مشغل هاملتونيان، الذي يمثل الطاقة الكلية للنظام.

ظاهرة ميكانيكا الكم حيث يمكن للدالة الموجية أن تنتشر عبر حاجز طاقة كامنة. من الناحية الكلاسيكية، ينعكس الجسيم الذي يفتقر إلى الطاقة الكافية لتخطي الحاجز. ولكن، بسبب الطبيعة الموجية للجسيمات الشبيهة بالموجات، هناك احتمال غير صفري بأن الجسيم يمكن أن يظهر على الجانب الآخر من الحاجز، أي "يعبر نفقًا" من خلاله.

يقيس الجهد الكهروكيميائي، [latex]\bar\\mu_i[/latex]، الطاقة الكلية للنوع المشحون "i" في نظام ما. وهو يجمع بين الجهد الكيميائي، [latex]\mu_i_[/latex]، الذي يأخذ في الحسبان التركيز والخصائص الجوهرية، وطاقة الجهد الكهروكيميائي، [latex]z_i F \phi[/latex]. والمعادلة هي [latex]\TP5T_bar{\mu}_i = \mu_i + z_i F \phi[/latex]، حيث [latex]z_i[/latex] هي شحنة الأيون، و[latex]F[/latex] هو ثابت فاراداي، و[latex]phi[/latex] هو الجهد الكهربي المحلي.

نواة الخلية الشمسية عبارة عن وصلة pn، وهي واجهة بين مواد أشباه الموصلات من النوع p والنوع n. تُنشئ هذه الوصلة مجالًا كهربائيًا مدمجًا في منطقة استنفاد. عندما تصطدم الفوتونات ذات الطاقة الكافية بشبه الموصل، فإنها تُكوّن أزواجًا من الإلكترونات والفجوات. يفصل المجال الكهربائي بين حاملات الشحنة هذه، دافعًا الإلكترونات إلى الجانب n والفجوات إلى الجانب p، مولدًا جهدًا كهربائيًا.

تتضمن تفاعلات الأكسدة والاختزال (الاختزال-الأكسدة) انتقال الإلكترونات بين أنواع المواد الكيميائية. يتعرض أحد الأنواع للأكسدة (فقدان إلكترونات)، بينما يخضع الآخر للاختزال (اكتساب إلكترونات). تحدث هاتان العمليتان دائمًا في وقت واحد. العامل الذي يفقد الإلكترونات هو العامل المختزل، والعامل الذي يكتسبها هو العامل المؤكسد. يُشكل هذا المفهوم الأساسي أساس الكيمياء الكهربائية والعديد من العمليات البيولوجية.

بلاستيك بينغهام هو مادة لزجة بلاستيكية تتصرف كجسم جامد عند الضغوط المنخفضة ولكنها تتدفق كمائع لزج عند الضغط العالي. وتتميز بإجهاد الخضوع، [latex]\tau_0[/latex]، وهو الحد الأدنى من إجهاد القص المطلوب لبدء التدفق. وتحت هذه العتبة، لا يتشوه. وتشمل الأمثلة الشائعة معجون الأسنان والمايونيز والطين الطيني.

الترقق القصي، أو شبه اللدونة، هو سلوك غير نيوتوني، حيث تنخفض لزوجة السائل مع تزايد معدل إجهاد القص. تُظهر العديد من المواد الشائعة، مثل الكاتشب والطلاء، هذه الخاصية. تكون هذه المواد سميكة في حالة السكون، لكنها تتدفق بسهولة أكبر عند رجها أو تحريكها أو فردها. وغالبًا ما يُمثل ذلك بعلاقة قانون أوستوالد-دي فالي للقوة.

يعدل الإحصاء الكمي الميكانيكا الإحصائية الكلاسيكية لتفسير عدم إمكانية تمييز الجسيمات المتطابقة. وهي تنقسم إلى نوعين: إحصائيات فيرمي-ديراك للفيرميونات (جسيمات الدوران نصف الصحيحة مثل الإلكترونات)، والتي تخضع لمبدأ الاستبعاد البولي وإحصائيات بوز-أينشتاين للبوزونات (جسيمات الدوران الصحيحة مثل الفوتونات)، والتي يمكن أن تشغل نفس الحالة الكمية. هذا التمييز حاسم في درجات الحرارة المنخفضة والكثافات العالية.

من المستحيل معرفة أزواج معينة من الخواص الفيزيائية المتكاملة لجسيم ما بدقة تامة في الوقت نفسه. المثال الأكثر شيوعًا هو الموضع [latex]x[/latex] وكمية الحركة [latex]p[/latex]. وينص هذا المبدأ على أن حاصل ضرب قيمتي عدم اليقين فيهما، [latex] \Delta x[/latex] و[latex] \Delta p[/latex]، يجب أن يكون أكبر من أو يساوي قيمة محددة: [latex] \Delta x \Delta p \G \frac{/hbar}{2}[/latex].

المائع غير النيوتوني هو المائع الذي تتغير لزوجته تحت إجهاد قص مطبق. وعلى عكس المائع النيوتوني حيث تكون اللزوجة ثابتة، لا توصف خواص سريان المائع بعلاقة خطية بين إجهاد القص ([latex]\Tau[/latex]) ومعدل القص ([latex]\tau[/latex]). يمكن أن تظهر هذه التبعية في صورة ترقق القص (تقل اللزوجة مع الإجهاد) أو زيادة سماكة القص (تزداد اللزوجة مع الإجهاد).

حالة الأكسدة، أو رقم الأكسدة، هي شحنة افتراضية تحملها الذرة إذا كانت جميع روابطها مع ذرات مختلفة أيونية بنسبة 100%. وهي تُتيح تتبع انتقال الإلكترونات في تفاعلات الأكسدة والاختزال. تشير زيادة حالة الأكسدة إلى الأكسدة، بينما يشير انخفاضها إلى الاختزال. تُبسط هذه الصيغة تحليل التفاعلات الكيميائية المعقدة.

ظاهرة فايسنبرغ هي ظاهرة تحدث في السوائل اللزجة المرنة، حيث يصعد السائل على قضيب دوار مُدخل فيه. وهذا يتعارض مع سلوك السوائل النيوتونية، التي تُدفع للخارج بقوة الطرد المركزي، مُشكلةً دوامة. وينشأ هذا التأثير عن فروق الإجهاد الطبيعي التي تتطور في السائل تحت تأثير القص.