قصص مصورة: شركة ناشئة تعيد تشغيل محطة نووية خاملة

تصف علاقة كلاوسيوس-كلابيرون العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة لمادة في مرحلة انتقال طوري، مثل السائل والبخار. بالنسبة لبخار الماء، تُظهر هذه العلاقة أن ضغط بخار التشبع يزداد أُسيًا مع درجة الحرارة. الصيغة التقريبية هي \(\frac{dp}{dT} = \frac{L}{T(V_v - V_l)} \approx \frac{L p}{R_v T^2}\)، حيث L هي الحرارة الكامنة.

التيارات الدوامية هي حلقات من التيار الكهربائي المُستحثّ داخل موصلات كبيرة بفعل مجال مغناطيسي متغير، وفقًا لقانون فاراداي. تتدفق هذه التيارات في حلقات مغلقة في مستويات عمودية على المجال المغناطيسي. ووفقًا لقانون لينز، تُنشئ هذه التيارات مجالها المغناطيسي الخاص الذي يُعاكس التغير في التدفق الخارجي، مُسببةً قوة تنافر أو قوة سحب وتسخينًا مقاومًا.

بطارية الرصاص الحمضية هي أول بطارية قابلة لإعادة الشحن، اخترعها غاستون بلانتيه عام ١٨٥٩. تعمل باستخدام قطب موجب من الرصاص (Pb) وقطب سالب من ثاني أكسيد الرصاص (PbO₂) مغمورين في إلكتروليت حمض الكبريتيك (H₂SO₄). أثناء التفريغ، يتحول القطبان إلى كبريتات الرصاص (PbSO₄)، وهي عملية تُعكس أثناء الشحن، مما يسمح بتخزين الطاقة وإعادة استخدامها.

هذا هو الشكل التفاضلي لقانون فاراداي للحث، إحدى معادلات ماكسويل الأربع. ينص القانون على أن المجال المغناطيسي المتغير مع الزمن (\(\mathbf{B}\)) يصاحب دائمًا مجالًا كهربائيًا متغيرًا مكانيًا وغير محافظ (\(\mathbf{E}\)). تُعبَّر عن العلاقة بالصيغة \(\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}\). تحكم هذه المعادلة كيفية توليد المجالات المغناطيسية المتغيرة للمجالات الكهربائية عند نقطة محددة في الفضاء.

معادلات ماكسويل هي مجموعة من أربع معادلات تفاضلية جزئية مقترنة تُشكل أساس الكهرومغناطيسية الكلاسيكية. تصف هذه المعادلات كيفية توليد المجالات الكهربائية والمغناطيسية وتغيرها بفعل بعضها البعض، وبفعل الشحنات والتيارات. وهي: قانون غاوس، وقانون غاوس للمغناطيسية، وقانون فاراداي للحث، وقانون أمبير-ماكسويل.

يصف توزيع بولتزمان احتمالية وجود نظام في حالة توازن حراري عند درجة حرارة T في حالة دقيقة محددة بطاقة E. يتناسب هذا الاحتمال طرديًا مع عامل بولتزمان، \(e^{-E / k_B T}\). وهذا يعني أن الحالات ذات الطاقة المنخفضة أكثر احتماليةً للشغل بشكل كبير من الحالات ذات الطاقة الأعلى، حيث تُعدّل درجة الحرارة هذا التفضيل.

يصف تأثير جول-ثومسون (أو جول-كلفن) التغير في درجة حرارة غاز حقيقي عند دفعه عبر صمام أو سدادة مسامية مع الحفاظ على عزله (عملية إيزنثالبية). عند ضغط معين، يكون للغاز درجة حرارة انعكاسية. إذا تمدد إلى ما دون هذه الدرجة، يبرد؛ وإذا تمدد إلى ما فوقها، يسخن. يُعد هذا التأثير التبريدي حجر الزاوية في تقنيات التبريد والتسييل الحديثة.

أول بطارية قابلة لإعادة الشحن ناجحة تجاريًا. تستخدم أنودًا من الرصاص (Pb)، وكاثودًا من ثاني أكسيد الرصاص (PbO₂)، وإلكتروليتًا من حمض الكبريتيك (H₂SO₄). أثناء التفريغ، يتحول كلا القطبين إلى كبريتات الرصاص (PbSO₄)، ويُستهلك حمض الكبريتيك. هذه العملية عكسية كيميائيًا بتطبيق تيار خارجي، مما يجعلها نظامًا عمليًا ومتينًا لتخزين الطاقة.

ينص قانون غاوس للمغناطيسية، أحد معادلات ماكسويل الأربع، على أن التدفق المغناطيسي الصافي الخارج من أي سطح مغلق يساوي صفرًا. ويُعبَّر عن ذلك رياضيًا بالمعادلة التالية: \(\oint_S \vec{B} \cdot d\vec{A} = 0\). يُعبِّر هذا القانون عن الملاحظة التجريبية التي تُفيد بأنه لم يُرصد قط أحاديات القطب المغناطيسية (أقطاب شمالية أو جنوبية معزولة). تُشكِّل خطوط المجال المغناطيسي دائمًا حلقات مغلقة.

الموجات الكهرومغناطيسية هي اضطرابات في المجال الكهرومغناطيسي تنتشر في الفضاء، حاملةً الطاقة. تنشأ هذه الموجات نتيجةً لتسارع الشحنات الكهربائية، وتتكون من تذبذبات متزامنة وعمودية للمجالين الكهربائي والمغناطيسي. في الفراغ، تنتقل هذه الموجات بسرعة الضوء (c). يشمل الطيف الكهرومغناطيسي الموجات الراديوية، والموجات الدقيقة، والأشعة تحت الحمراء، والضوء المرئي، والأشعة فوق البنفسجية، والأشعة السينية، وأشعة جاما.

درجة الحرارة الحرجة هي درجة الحرارة التي لا يمكن بعدها تكوين طور سائل مميز، بغض النظر عن الضغط المطبق. لكل غاز درجة حرارة حرجة فريدة. لتسييل غاز، يجب تبريده أولًا إلى ما دون هذه الدرجة. يُعد هذا المفهوم، الذي وضعه توماس أندروز، أساسيًا لفهم الشروط اللازمة لأي عملية تسييل.