ADVERTISEMENT
تلك السحابة البيضاء الضخمة خلف القاطرة البخارية ليست في معظمها دخانًا
ما يسميه كثيرون دخانَ القاطرة البخارية هو في الغالب سحابة من قطرات الماء السائلة المتكثفة، وإن كان العادم قد يحتوي أيضاً على سناج وغازات ناتجة من احتراق الوقود. أما الجزء الساطع فليس بخاراً غازياً مرئياً؛ فالبخار الحقيقي، أو بخار الماء، لا يُرى ما دام غازاً ساخناً.
قد يبدو ذلك تدقيقاً لغوياً إلى أن تعبر قاطرة جسر غلينفينان وتترك علامة بيضاء هائلة فوق المدخنة. والسؤال المفيد ليس: «أهو بخار أم دخان؟»، بل: «أي جزء من هذا المزيج المتغير تستطيع عيني تمييزه فعلاً؟»
ADVERTISEMENT
تبدأ السحابة البيضاء ماءً لا تراه
كيف يتحول مسار الماء إلى سحابة مرئية
1
المرجل
تسخّن النار الماء حتى يتحول إلى بخار ماء عالي الضغط.
2
الأسطوانات
ينتقل البخار عبر الأنابيب إلى الأسطوانات، حيث يدفع المكابس ذهاباً وإياباً.
3
العادم
يخرج البخار المستعمل عبر نظام العادم والمدخنة، ويبقى في البداية ساخناً بما يكفي ليظل شبه شفاف.
4
التكاثف
عندما يلتقي البخار الساخن بالهواء الأبرد، يتكثف إلى قطرات سائلة دقيقة تشتت الضوء وتبدو بيضاء.
قد يبقى ماء العادم قرب الفتحة ساخناً بما يكفي ليظل غازياً وشبه شفاف. وتوضح الموسوعة البريطانية الفرق المهم: البخار هو بخار ماء غير مرئي؛ أما المظهر السحابي المألوف فينشأ حين تكون قطرات سائلة موجودة.
ADVERTISEMENT
قراءة مقترحة
ما إن يلتقي البخار الساخن بالهواء الأبرد حتى يبرد. وتصف هيئة الأرصاد الجوية البريطانية ما يحدث بعدها: يتكثف بخار الماء المبرد إلى قطرات سائلة دقيقة. وتشتت القطرات التي لا تُحصى الضوء في اتجاهات كثيرة، ولذلك تبدو السحابة بيضاء.
تظل كلمة «بخار» هي اللفظ الدارج في السكك الحديدية للمشهد كله، ولا حاجة إلى تأنيب أحد على استعمالها. أما من الناحية الفيزيائية، فهي تشمل شيئين مختلفين: الماء الغازي غير المرئي الأقرب إلى العادم، وسحابة القطرات المرئية التي تتكون أبعد منه.
يوفر غلاي الماء مثالاً آمناً مصغراً. ومن مسافة آمنة، ابحث عن الفجوة القصيرة شبه الشفافة فوق فوهته مباشرة؛ فهذا بخار ماء ساخن. وتبدأ السحابة البيضاء أبعد قليلاً حين تتكون القطرات. لا تضع يدك قرب الفوهة ولا تنحنِ فوقها: فالبخار الساخن قد يسبب حروقاً بالغة.
ADVERTISEMENT
يفسّر الماء اللون الأبيض، لكنه لا يفسّر كل ما في العادم
ليست سحابة القاطرة حكاية ماء فحسب؛ فهي تشمل أيضاً مسار احتراق، بما فيه غازات غير مرئية وجسيمات داكنة أحياناً.
ما أجزاء العادم التي تراها وما لا تراه
| المكوّن | مدى الرؤية المعتاد | ما الذي يدل عليه |
|---|---|---|
| بخار الماء | غير مرئي ما دام غازاً ساخناً | قد يكون البخار الحقيقي قرب الفتحة شبه شفاف |
| قطرات الماء المتكثفة | مرئية على هيئة سحابة بيضاء ساطعة | حوّل التبريد البخار إلى قطرات دقيقة تشتت الضوء |
| ثاني أكسيد الكربون وغازات أخرى | غير مرئية في معظمها | ما لا يُرى ليس بالضرورة غير ضار |
| جسيمات السناج والرماد | مرئية عند وجودها بكميات أكبر | تشير الخطوط أو السحب الداكنة إلى جسيمات عالقة |
ADVERTISEMENT
قطعٌ مفاجئ: للقاطرة أيضاً مسار نار. يحترق الفحم أو الخشب أو وقود آخر في صندوق النار، وتمر غازاته الساخنة عبر أنابيب في المرجل فتسخّن الماء على الجانب الآخر. ثم تخرج تلك الغازات عبر صندوق الدخان والمدخنة.
الكثير مما ينتجه الاحتراق لا يُرى. فثاني أكسيد الكربون وبخار الماء غير مرئيين، وكذلك غازات أخرى قد توجد في العادم، منها أول أكسيد الكربون الناتج من الاحتراق غير الكامل وأكاسيد النيتروجين المتكونة في الاحتراق الساخن. وما لا يُرى ليس بالضرورة غير ضار.
أما المادة الداكنة فمختلفة. يتكون السناج من جسيمات دقيقة غنية بالكربون، وقد يضيف الرماد جسيمات أخرى. وغالباً ما تعني السحابة الداكنة المشبعة بالسناج وجود كمية أكبر من الجسيمات العالقة، ربما بسبب أسلوب الإشعال أو الوقود أو تشغيل المحرك تحت حمل شديد. إنها قرينة معقولة، لا تقرير كامل عن الانبعاثات.
ADVERTISEMENT
يفصل العرض الأساسي للمتحف الوطني للسكك الحديدية لكيفية عمل القاطرة البخارية بين الأمرين بالطريقة نفسها: يصنع المرجل البخار للأسطوانات، بينما توفر النار الحرارة. وعند المدخنة يلتقي المساران في عين الناظر، ولهذا يسهل جداً أن تُعطى السحابة اسماً واحداً.
ويتغير توازنها طوال الوقت. فجودة الوقود، وطريقة إدارة النار، وجهد المحرك، وحرارة العادم، والحالة الميكانيكية، وحرارة الهواء، ورطوبته، والرياح؛ كلها عوامل قد تغير ما يظهر فوق المدخنة. ولا يمكن لدرجة لون واحدة أن تروي القصة كلها.
أعد النظر إلى غلينفينان: للسحابة ثلاث طبقات
هنا أمسكت بي حفيدتي ذات مرة. قالت: «إذا كان البخار غير مرئي، فما الذي ننظر إليه؟»
سؤال وجيه. فوق قاطرة في غلينفينان، تخيل أولاً بخار ماء ساخناً غير مرئي يخرج من العادم. وحين يبرد، يتحول إلى كتلة مرئية من قطرات الماء السائلة الدقيقة؛ لا تستطيع تمييز أي منها على حدة، لكنها مجتمعة ساطعة بما يكفي لتشتت الضوء. ذلك الجسم الأبيض الذي يبدو صلباً هو سحابة مؤقتة، لا كتلة من بخار غازي.
ADVERTISEMENT
ثلاث طبقات مرئية ينبغي تمييزها في السحابة
بخار ساخن
الأقرب إلى العادم
·
غير مرئي
هذا هو البخار الحقيقي: بخار ماء يبقى غازاً ساخناً ولا يمكن رؤيته مباشرة.
سحابة قطرات بيضاء
أبعد قليلاً
·
مرئية
عندما يبرد البخار، يتكثف إلى قطرات سائلة دقيقة تشتت الضوء وتكوّن الجسم الأبيض الساطع للسحابة.
السناج والجسيمات
مختلطة في السحابة أو ممتدة خلفها
·
دلائل داكنة
قد تجعل جسيمات الاحتراق السحابة أغمق قرب المدخنة، أو تظهر مادة داكنة منفصلة حتى عندما تهيمن سحابة الماء على المشهد.
ADVERTISEMENT
ذلك هو الانقلاب البصري. فالجزء الأبيض اللافت هو غالباً الماء الذي يغير حالته في الهواء البارد، بينما قد يكون الجزء الأوثق صلة بالاحتراق الملوِّث أغمق أو أرق أو غير مرئي.
خمسة فحوص تمنع عينيك من التسرع في الاستنتاج
طريقة سريعة لملاحظة السحابة وقراءتها
1
حدد موضع بداية البياض
تشير منطقة خافتة عند الفتحة يعقبها بياض أبعد منها إلى تبرد البخار الساخن وتحوله إلى قطرات، لكنها لا تستبعد وجود السناج أو الغازات.
2
قارن تدرج اللون
تشير الخطوط الداكنة أو القلب الرمادي البني إلى جسيمات مرئية، مع أن الإضاءة والخلفية قد يشوهان الانطباع.
3
راقب مدة بقائها
تتصرف السحابة البيضاء التي تترقق مع اختلاطها بالهواء كسحابة ناتجة من التكاثف، لكن قصر عمرها وحده لا يقيس الانبعاثات.
4
تحقق من الطقس
غالباً ما يجعل الهواء البارد أو الرطب الماء المتكثف أسهل رؤية، وقد يجعله يدوم مدة أطول.
5
لاحظ ما يفعله المحرك
قد تطلق القاطرة التي تعمل بجهد أكبر البخار والجسيمات بقوة أكبر، لكن نظرة عابرة لا تستطيع حساب استهلاك الوقود أو مستويات التلوث.
ADVERTISEMENT
تسميته ماءً لا تجعل دخان الفحم نظيفاً
هنا اعتراض وجيه. إذا كانت السحابة البيضاء في معظمها قطرات ماء، فهل يبرئ ذلك قاطرة تعمل بالفحم؟ لا. إنه يحدد السحابة المرئية تحديداً صحيحاً فحسب.
قد تبدو السحابة بيضاء ناصعة لأن قطرات الماء المتكثفة تشتت الضوء، في حين يظل السناج وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين وغيرها من نواتج الاحتراق ضمن العادم بكميات متفاوتة. والسحابة التي تبدو أنظف ليست دليلاً على هواء نظيف.
قبل هذا التحري السحابي، من السهل رؤية كتلة واحدة غير منقسمة وتسميتها دخاناً. أما بعده، فيستطيع المرء أن يفصل بعينه بين سحابة ماء تبرد وجسيمات داكنة، وأن يؤجل الحكم على الغازات التي لا يراها. لم تصبح الآلة ألطف؛ إنما أصبحت الملاحظة أدق.
ADVERTISEMENT
أشد أجزاء سحابة القاطرة بياضاً هو غالباً أقلها شبهاً بالدخان: إنه ماء أصبح مرئياً بفعل التبريد.