أدوات

أوجه الاختلاف بين أنواع “الأفران الحرارية”

2002 موسوعة الكويت العلمية الجزء الثالث عشر

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الأفران الحرارية أنواع الأفران الحرارية أدوات المخطوطات والكتب النادرة

الفرن حيز تسخين مغلق من جميع جوانبه، باستثناء فتحات الشحن والتفريغ والمراقبة للأشياء المراد تسخينها.

وهذا مخالف لمواقد التسخين المعروفة التي يتم فيها التسخين مكشوفا. ويهدف التسخين بطريقة الأفران إلى توزيع الحرارة على محيط الجسم المطلوب تسخينه توزيعا متجانسا تقريبا.

وتتنوع الأفران في أشكالها وأحجامها، ومستويات التسخين بها، والمهام المطلوبة في أثناء التسخين، إلا أنها تشترك في بعض السمات رغم اختلافها في البعض الآخر.

 

فأوجه تشابهها تكمن في كونها جميعا تحتوي على حيز أو غرفة مغلقة توضع بها الأشياء المطلوب تسخينها أو صهرها.

ويبطن هذا الحيز بمادة تتحمل درجات الحرارة التي يسخن إليها الفرن. وتغلف الأفران من الخارج بغلاف يمنحها مقاومة الإجهادات، ويحافظ على شكلها ومظهرها.

وتفصل البطانة الداخلية عن الغلاف الخارجي بمادة عازلة يختلف نوعها باختلاف غرض التسخين ودرجة الحرارة، وذلك للإقلال من الفقد الحراري، ومن ثم لتحسين كفاءة الفرن في التسخين.

 

كذلك تجهز جميع أنواع الأفران بأجهزة تحكم (ثرموستات) تستخدم عناصر استشعار لدرجة الحرارة تؤثر في مصدر توليد الحرارة (كهربائيا أو كيميائيا باحتراق وقود).

وتجهز الأفران أيضا بأجهزة قياس درجات الحرارة، وأحيانا تسجيلها مع الزمن كي يمكن برمجة عملية التسخين فيها بحسب ظروف التسخين المطلوبة.

أما عناصر الاختلاف بين أنواع الأفران فتشمل حجم الفرن الذي يتوقف على حجم المواد المطلوب تسخينها، وكذلك على مدى درجات حرارة التسخين، وعلى الغرض من التسخين: هل هو مقصور على تسخين للتجفيف أم يمتد التسخين إلى إنضاج الأطعمة والخبز.

 

أم إن الهدف من الفرن هو أساسا صهر مواد فلزية معينة، وتكوين أشابات (سبائك) أو مواد غير فلزية، وإجراء تفاعلات كيميائية حرارية لاستخلاص مواد جديدة، أو تحسين بعض الخواص في المواد المعروفة.

وفي أغراض أخرى يستفاد بالأفران في إجراء بعض المعالجات الحرارية للمواد لتغيير خواصها، أو تصنيع بعض المواد بطرق خاصة.

كذلك قد يكون الاختلاف في طرق التسخين باستخدام مصادر مختلفة، كالمصادر الكهربائية المعروفة بالتسخين بالمقاومة الكهربائية، والتسخين بالقوس الكهربائية، والتسخين بالموجات الكهربائية متناهية القصر (ميكروويڨ).

 

كذلك توجد أفران تستخدم الطاقة الشمسية أو محروقات الوقود (المنتجات البترولية والفحم). وبجانب ذلك تختلف الأفران في أساليب شحنها وتفريغها.

ويصعب حصر جميع أنواع الأفران المستخدمة في الحياة العملية على المستوى الفردي أو على مستوى الصناعة، إلا أنه يمكن إعطاء بعض الأمثلة الشائعة.

وسيتدرج هذا العرض بدءا بأفران درجات الحرارة المنخفضة نسبيا إلى تلك المرتفعة في درجات حرارتها.

 

أولا: أفران التجفيف:

تستخدم هذه الأفران غالبا في تجفيف المحاصيل الزراعية والمنتجات التي تحتوي على نسبة رطوبة عالية لخفضها أو التخلص مما بها من ماء.

وتعتمد أفران التجفيف على التسخين بالهواء الساخن المتجدد لتبخير المياه وتشبع الهواء الساخن بها ثم إزاحتها مع الهواء بتجديده.

 

ثانيا: أفران الطهي:

أفران إنضاج الأطعمة؛ منها صغير الحجم للاستخدام المنزلي، ومنها كبير الحجم للفنادق والمؤسسات الكبيرة. وتتعدد وسائل التسخين فيها، فمنها ما يستخدم الغاز الطبيعي والبوتاجاز (بروبان + بوتان).

وقديما كان يستخدم الكيروسين في هذه الأفران إلا أن عهده قد انقضى بسبب مشاكل تلويثه للبيئة. كذلك تستخدم الكهرباء في التسخين، إما بالمقاومة الكهربائية لملفات تشع حرارتها في أرجاء الفرن، أو باستخدام الهواء المسخن بالكهرباء.

أو باستخدام الموجات الكهربائية عالية التردد المعروفة بالموجات المتناهية الصغر (ميكروويڨ)، التي تتميز عن طرق التسخين الأخرى بنفاذيتها العالية، ومن ثم بتغلغل الحرارة بسرعة إلى قلب الطعام وتجانس إنضاجه.

 

ثالثا: أفران إنتاج الحراريات:

تسمى «قمائن» وهي في جوهرها أفران تولد الحرارة في داخلها وتسري إلى الخارج. وهي تستخدم لحرق الطوب (أي لتحويل اللبن إلى الآجر الأحمر)، والأواني الفخارية والخزفية (السيراميك)، والصينيي (البورسيلان).

كذلك توجد أفران لصهر الزجاج، وتشكيل مصهوره بعد ذلك إلى ألواح أو أنابيب أو قوارير أو زجاجات وغير ذلك من المنتجات الزجاجية. وكذلك أفران حرق الأسمنت الدوارة.

 

رابعا: أقران المعالجات الحرارية:

فيها تسخن المشغولات إلى درجات حرارة معينة – بحسب مادتها وتكوينها – بمعدلات يمكن التحكم فيها.

ويتم ذلك في غرفة الفرن التي قد تحتوي على الهواء الجوي العادي أو جو غاز مختزل أو غاز خامل. وقد يكون الحيز مفرغا لمنع الأكسدة في أثناء التسخين.

ويتم التحكم في دورة التسخين والتبريد بحيث يمكن إكساب المشغولات لدونة أو صلادة معينة، أو حتى يمكن تخليصها من إجهادات داخلية بها.

 

خامسا: أفران الاستخلاص والتحويل:

نورد هنا بعض الأمثلة المهمة من هذه الأفران:

1- الفرن العالي (اللافح):

يستخلص فيه الحديد الخام من أصل الحديد الغفل الخارج من باطش الأرض، الذي يكون – في أغلب أنواعه – من أكاسيد الحديد.

وينتج الفرن الحديد الخام الذي يحول في أفران أخرى إلى حديد صب (زهر) أو حديد صلب (فولاذ). ونلاحظ أن هذا الفرن لا تقتصر مهمته على التسخين، بل تمتد إلى تفاعلات كيميائية حرارية تؤدي إلى استخلاص الحديد الخام.

 

2- فرن التقليب لصناعة الصلب:

يتكون هذا الفرن من غرفة مبنية بالطوب الحراري بها حوض كبير مبطن بالطين الحراري. ويولد التسخين في غرفة احتراق مجاورة باستخدام الفحم الحجري أو المازوت أو وقود غازي.

وتمر الغازات الساخنة فوق شحنة الفرن المكونة من الحديد الخام الناتج من الفرن العالي (اللافح) مضافا إليه بعض من غفل الحديد (أكسيد الحديد) لاختزال نسبة الكربون،

 

3- فرن القوس الكهربائية:

في هذه الأنواع من الأفران تتولد الحرارة اللازمة للصهر بتوليد قوس كهربائية إما مباشرة بين إلكترودات وشحنة الفرن أو بطريقة غير مباشرة بتوليد القوس بين إلكترودين تنتقل الحرارة منهما إلى الشحنة بالإشعاع. أفران المقاومة الكهربائية:

في هذه الأفران تتولد الحرارة من جراء مرور تيار كهربائي عبر الشحنة مباشرة. وعلى قدر مقاومة الشحنة لمرور التيار الكهربائي تكون الحرارة المتولدة بها، والتي تناسب درجة حرارة انصهار الشحنة المطلوب صهرها والتي يجب أن تكون موصلة للكهرباء بمقاومة معينة.

مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
‫‪مجرة درب التبانة و جيرانها
لسلام عليكم .. في كثير من حلقات البرنامج السابقة تكلمنا عن اهم عناصر المجموعة الشمسية التي نعيش فيها من كواكب و أقمار و كيوكبات و احزمة .. و انتهينا بشرح عن بلوتو و حدود المجموعة الشمسية .. ولكن هذه المجموعة تقع و تدور ضمن كيان و محيط اكبر .. و هي المجرة التي نعيش فيها و تحوي الملايين و الملايين من النجوم المشابهة لشمسنا و غيرها من الشموس و نطلق عليها درب التبانة .. في هذه الحلقة سنسافر في رحلة كونية بعيدة نتعرف فيها على بنية المجرة و مكوناتها ... (قراءة المقال)
أخبار العلوم
‫‪التعديل الوراثي التخلّقي يصل إلى الحمض النووي الريبي
قلم: كين غاربر، في شيكاغو بولاية إلينوي
ترجمة: صفاء كنج
انتقلت فكرة تأثير الواسمات الكيميائية في الجينات على تعبيرها الخارجي دون تغيير تسلسل الحمض النووي اختصاراً: الحمض DNA من كونها مسألة مفاجئة في الماضي إلى أن صارت مادة مقبولة تُدرس في الكتب.
ظاهرة التعديل الوراثي التخلقي Epigenetics، وصلت إلى الحمض النووي الريبي المرسال اختصاراً: الجزيء mRNA، وهو الجزيء الذي يحمل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى مصانع تصنيع البروتين في ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هل تنجح هيئة الخدمات الصحية في مشروع تتبع الاتصالات الذي تعده؟
جرّب الفرع الرقمي لهيئة الخدمات الصحية الوطنية اختصاراً: الفرع NHSX تطبيقا App سيخبرك ما إذا خالطت أي شخص ظهرت عليه أعراض كوفيد -19. ولكن ما هي التكلفة المترتبة على خصوصيتك جراء ذلك؟
إن أحد التحديات الكبيرة التي تطرحها مكافحة فيروس كوفيد-19 COVID-19 هو أنه معدٍ قبل ظهور أي أعراض على الأشخاص المصابين به. ويمكن أن يساعد تتبع الأشخاص الذين اختلطوا بالمصاب على الحد من انتشار الفيروس، من خلال معرفة عدد الأشخاص الذين ربما نقل إليهم المريض ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪من خارج هذا العالم
وب بانينو Rob Banino @robertbanino صحفي مستقل يعمل في بريستول
الحياة على المريخ أعالي البحار، الجزيرة الكبيرة، هاواي، الولايات المتحدة الأمريكية
بذلة الفضاء ليست أول ما يخطر في ذهن أي شخص يزور هاواي. هذا إلا إذا كان سيقضي ثمانية أشهر في موئل هاواي لاستكشاف الفضاء بالتناظر والمحاكاة Hawaii Space Exploration Analog and Simulation اختصاراً: الموئل HI-SEAS على بركان ماونا لوا. ويتيح الموئل HI-SEAS للباحثين دراسة كيفية تعامل الناس مع ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪أبرز ما احتواه أكبر معرض تكنولوجي في العالم
نذ إطلاقه أول مرة في عام 1967، قدم المعرض CES لمحة عن المستقبل. ففي عام 2001 كشف بيل غيتس Bill Gates النقابَ عن نظام تشغيل ألعاب الفيديو الجديد إكس بوكس Xbox من مايكروسوفت Microsoft وفي عام 2003 كانت أقراص Blu-ray DVD هي الاختراع الثاني المهم، على الرغم من أنها لم تنتشر لاحقاً. وفي عام 2013، كُشِفَ عن Oculus Rift لأول مرة للصحافيين في زاوية صغيرة من قاعات العرض المترامية الأطراف.
وهذه المرة هيمنت أجهزة التلفاز على أحدث الإلكترونيات في ... (قراءة المقال)