वाष्पीकरण

गतिज सिद्धान्त

गतिज सिद्धान्त प्रयोग गरेर वाष्पीकरण प्रक्रियालाई व्याख्या गर्न सकिन्छ। ग्यास अणुहरू जस्तै, पानीका अणुहरू पनि सर्छन्। भिन्नता यो हो कि पानीका अणुहरू अलग हुन सक्दैनन् किनभने तिनीहरू बीचको आकर्षक बलहरूले अझै पनि तिनीहरूलाई एकसाथ राख्न सक्षम हुन्छन्। यसको विपरीत, ग्यास अणुहरू बीचको आकर्षक बलहरू धेरै कमजोर हुन्छन्, त्यसैले ग्यास अणुहरू एकसाथ टाँसिन सक्दैनन्। चल्दा, पानीका अणुहरूको गति हुन्छ। केही पानीका अणुहरूको गति उच्च हुन्छ भने केहीको गति कम हुन्छ। पानीका अणुहरूको गति म्याक्सवेल वितरणसँग मिल्दोजुल्दो छ।

पानीका अणुहरूको गति पर्याप्त ठूलो हुँदा वाष्पीकरण हुन्छ, जसले गर्दा पानीका अणुहरू बीचको आकर्षण बलले तिनीहरूलाई एकसाथ राख्न असमर्थ हुन्छ। अन्तरिक्षमा सर्ने रकेट जस्तै, रकेटको गति पनि पर्याप्त ठूलो हुन्छ कि पृथ्वीको गुरुत्वाकर्षण बलले यसलाई पृथ्वीमा रहनबाट रोक्न असमर्थ हुन्छ। यो ध्यान दिनुपर्छ कि ठूलो गति भएका अणुहरू मात्र अणुहरू बीचको आकर्षण बलबाट बच्न सक्षम हुन्छन्। सानो गति भएका अणुहरू अझै पनि पानी बनाउन मिल्छन्।

पानीका अणुहरूमा द्रव्यमान र गति वा वेग हुन्छ त्यसैले पानीका अणुहरूमा गतिज ऊर्जा हुन्छ (EK = 1/2 mv ² )। उच्च गति भएका पानीका अणुहरूमा कम गति भएका पानीका अणुहरू भन्दा बढी गतिज ऊर्जा हुन्छ। यसरी, यो भन्न सकिन्छ कि अणुहरू बीचको आकर्षण बलहरू (वाष्पमा परिणत हुने पानीका अणुहरू) बाट बच्न सक्ने पानीका अणुहरूमा धेरै ठूलो गतिज ऊर्जा हुन्छ। सामान्यतया पानीको तापक्रम बढ्दै जाँदा पानीका अणुहरूको गतिज ऊर्जा बढ्छ। यदि पानीको तापक्रम पर्याप्त उच्च छ भने, पानीका अणुहरूको गतिज ऊर्जा बढ्छ। यसरी, धेरै पानी बाफमा परिणत हुनेछ। यो अनुसन्धान परिणामहरू अनुसार हो जसले देखाउँछ कि वाष्पीकरणको दर सामान्यतया उच्च तापक्रममा बढी हुन्छ।

जब हामी घाममा भिजेको लुगा सुकाउँछौं, भिजेको लुगाले सूर्यबाट उत्सर्जित तापलाई सोस्छ। सूर्यबाट प्राप्त हुने अतिरिक्त ऊर्जाले लुगामा रहेका पानीका अणुहरूको गतिज ऊर्जा बढाउँछ। गतिज ऊर्जा बढ्दै जाँदा, पानीका अणुहरू छिटो सर्छन् (पानीका अणुहरूको गति बढ्छ)। एक पटक तिनीहरूको गति वा गतिज ऊर्जा निश्चित मानमा पुगेपछि, पानीका अणुहरू पानीका अणुहरू बीचको आकर्षक शक्तिबाट बच्न सक्छन्, त्यसपछि बाफमा परिणत हुन सक्छन्। यो ध्यान दिनु महत्त्वपूर्ण छ कि भिजेको लुगा सुकाउने काम सूर्यबाट आउने अतिरिक्त तापले मात्र प्रभावित हुँदैन। भिजेको लुगा लुगा वरिपरिको तातो हावाबाट हुने अतिरिक्त ताप (हावाबाट भिजेको लुगामा प्रवाहद्वारा ताप स्थानान्तरण) को कारणले पनि सुक्न सक्छ।

तातो दिनमा, जमिन वा भुइँ छिटो तातो हुन्छ। जमिन छिटो तातो हुन्छ किनभने यसको विशिष्ट ताप धेरै ठूलो हुन्छ। जमिनले माथिको हावालाई तताउँछ (यस अवस्थामा, ताप स्थानान्तरण चालकताद्वारा हुन्छ)। तातो हावा फैलिन्छ (यसको घनत्व घट्छ) र माथितिर सर्छ। जब यो भिजेको लुगामाथिबाट जान्छ, हावाका अणुहरू लुगामा रहेका पानीका अणुहरूसँग ठोक्किन्छन्। पानीका अणुहरू छिटो सर्छन्। किनभने तिनीहरू छिटो सर्छन्, पानीका अणुहरूको गतिज ऊर्जा बढ्छ। द्रुत गतिमा चल्ने पानीका अणुहरू अन्य पानीका अणुहरूसँग ठोक्किन्छन्। किनभने तिनीहरू निरन्तर हावाका अणुहरूसँग ठोक्किन्छन्, पानीका अणुहरू छिटो सर्छन् (तिनीहरूको गतिज ऊर्जा बढ्छ)।

एक पटक तिनीहरूको गति वा गतिज ऊर्जा एक निश्चित मानमा पुगेपछि, द्रुत गतिमा चल्ने पानीका अणुहरू अणुहरू बीचको आकर्षणबाट बच्न सक्छन् र वाष्पमा परिणत हुन सक्छन्... पानीका अणुहरू वा हावाका अणुहरूको गतिज ऊर्जा तापक्रमसँग नजिकको सम्बन्ध राख्छ। यदि पानीका अणुहरूको गतिज ऊर्जा ठूलो छ भने, एकै समयमा पानीको तापक्रम उच्च हुन्छ। वा यसको विपरीत, जब पानीको तापक्रम उच्च हुन्छ, पानीका अणुहरूको गतिज ऊर्जा ठूलो हुनुपर्छ। गतिज ऊर्जा पनि गतिसँग सम्बन्धित छ। अणुहरूको गतिज ऊर्जा जति बढी हुन्छ, अणुहरूको गतिज ऊर्जा त्यति नै बढी हुन्छ। वा यसको विपरीत, अणुहरूको गति जति बढी हुन्छ, अणुहरूको गतिज ऊर्जा त्यति नै बढी हुन्छ।

तातो पानीको बारेमा के भन्नु पर्दा? तातो पानीको तापक्रम उच्च हुन्छ। पानीको तापक्रम उच्च भएकोले, पानीमा रहेका पानीका अणुहरूमा ठूलो औसत गतिज ऊर्जा हुन्छ। पानीका अणुहरूको औसत गतिज ऊर्जा ठूलो भएकोले, धेरै पानीका अणुहरूको गति उच्च हुन्छ (धेरै पानीका अणुहरू छिटो सर्छन्)। उच्च गति भएका पानीका अणुहरू अणुहरू बीचको आकर्षक बलबाट भागेर वाष्पमा परिणत हुन सक्छन्। उच्च गति भएका पानीका अणुहरू (ठूला गतिज ऊर्जा भएका पानीका अणुहरू) मात्र वाष्पमा परिणत हुन्छन्, जबकि कम गति भएका पानीका अणुहरू (सानो गतिज ऊर्जा भएका पानीका अणुहरू) वाष्पमा परिणत हुँदैनन्। यसरी, जब उच्च गति भएका पानीका अणुहरू वाष्पमा परिणत हुन्छन्, सँगै रहने पानीका अणुहरूको औसत गतिज ऊर्जा सानो हुन्छ। औसत गतिज ऊर्जा जति सानो हुन्छ, पानीको तापक्रम त्यति नै कम हुन्छ (पानी चिसो हुन्छ)। यो संक्षिप्त विवरणको आधारमा, यो भन्न सकिन्छ कि वाष्पीकरण एक शीतलन प्रक्रिया हो।

वाष्पीकरणको कारणले हुने चिसोपन प्रक्रिया दैनिक जीवनमा सामान्य घटना हो। जब हावा एकदम तातो हुन्छ, शरीरले धेरै ताप अवशोषित गर्छ। स्थिर शरीरको तापक्रम कायम राख्न, शरीरले सामान्यतया पसिनाको माध्यमबाट ताप छोड्छ। पसिनाले सूर्य र वरपरको हावाबाट अतिरिक्त ताप प्राप्त गर्ने भएकोले, पसिनाका अणुहरूको गतिज ऊर्जा बढ्छ। पसिनाका अणुहरूको गतिज ऊर्जा बढेकोले, पसिनाका अणुहरूको गति बढ्छ। पसिनाका अणुहरू वाष्पमा परिणत हुन्छन्। पसिना वाष्पीकरण हुँदा, शरीरलाई शीतल महसुस हुन्छ। यहाँ अर्को उदाहरण छ... सामान्यतया नुहाएपछि, हाम्रो शरीर शीतल महसुस हुन्छ। यो किनभने छालाको सतहमा टाँसिएको पानी वाष्पीकरणबाट गुज्रिन्छ।

माथि वर्णन गरिएको वाष्पीकरण प्रक्रिया हरेक दिन हुन्छ। समुद्री पानी, तालको पानी, र नदीको पानी पनि वाष्पीकरण हुन सक्छ...

बाष्पको चाप

यहाँ बाफ भन्नाले पानीको बाफलाई बुझिन्छ। चित्र हेर्नुहोस्। पानीले भरिएको बन्द कन्टेनर (मान्नुहोस् कन्टेनरमा रहेको हावा हटाइएको छ)। गतिज सिद्धान्त अनुसार, पानीका अणुहरू सधैं चलिरहेका हुन्छन्। चल्दा, पानीका अणुहरूमा गति र गतिज ऊर्जा हुन्छ। पर्याप्त गति र गतिज ऊर्जा भएका पानीका अणुहरू पानीका अणुहरू बीचको आकर्षण बलबाट भागेर वाफमा परिणत हुन सक्छन्... यसको छेउमा रहेको कन्टेनरमा रहेको पानीका अणुहरूमा पनि यस्तै प्रक्रिया हुन्छ। समय बित्दै जाँदा, धेरै भन्दा धेरै पानीका अणुहरू वाफमा परिणत हुन्छन्। कन्टेनर बन्द भएकोले, वाफमा परिणत भएका पानीका अणुहरू वायुमण्डलमा भाग्न सक्दैनन् (अणुहरू कन्टेनरमा फसेका छन्)। वाफमा परिणत हुने पानीका अणुहरूको संख्या यति ठूलो छ कि अणुहरू र कन्टेनरको भित्ताहरू बीच टक्कर हुने सम्भावना हुन्छ।

कन्टेनरको भित्तामा ठोक्किने केही अणुहरू पानीको सतहमा फर्केर परावर्तित हुनेछन् र पानी बन्नेछन्। यो प्रक्रिया निरन्तर दोहोरिनेछ। समय बित्दै जाँदा, धेरै भन्दा धेरै पानीका अणुहरू वाष्पमा परिणत हुनेछन् (तरलबाट वाष्पमा परिवर्तन)। साथै, कन्टेनरको भित्तामा ठोक्किने केही अणुहरू फेरि पानीमा परिणत हुनेछन् (वाष्पबाट तरलमा परिवर्तन)। यदि तरलबाट वाष्पमा परिवर्तन हुने अणुहरूको संख्या वाष्पबाट तरलमा परिवर्तन हुने अणुहरूको संख्या बराबर छ भने, सन्तुलन हुनेछ। जब सन्तुलन हुन्छ, वाष्प भएको कन्टेनरको माथिल्लो भागलाई संतृप्त भनिन्छ... संतृप्त क्षेत्रमा वाष्पको चापलाई संतृप्त वाष्प चाप भनिन्छ।

तरल पदार्थबाट बाष्पमा हुने परिवर्तनलाई वाष्पीकरण भनिन्छ। वाष्पबाट तरल पदार्थमा हुने परिवर्तनलाई संघनन भनिन्छ। ध्यान दिनुहोस् कि संतृप्त वाष्पको चाप केवल तापक्रममा निर्भर गर्दछ, आयतनमा होइन। पानीको तापक्रम बढ्दै जाँदा, पानीका अणुहरूको गतिज ऊर्जा बढ्छ।

पानीका अणुहरूको गतिज ऊर्जा बढ्छ जसले गर्दा पानीका अणुहरूको गति बढ्नु पर्छ। यसरी, उच्च गतिमा धेरै भन्दा धेरै अणुहरू वाष्पमा परिणत हुनेछन् (तरल अवस्थाबाट वाष्पमा परिवर्तन हुनेछन्)। कन्टेनरको आयतन स्थिर भएकोले, वाष्पको चाप अणुहरूको संख्या (N) र गति (v) मा मात्र निर्भर गर्दछ।

जति धेरै अणुहरू (ठूला N) वाष्पमा परिणत हुन्छन् र यी अणुहरूको गति (ठूलो v) जति उच्च हुन्छ, वाष्पको चाप त्यति नै बढ्छ। यसरी, उच्च वाष्पको चापमा सन्तुलन हुनेछ। त्यसैले, संतृप्त वाष्पको चाप पनि बढ्नेछ। सन्तुलन पुगेपछि मात्र संतृप्त वाष्पको चाप अवस्थित हुन्छ। तापक्रमसँगै पानीको संतृप्त वाष्पको चापमा हुने परिवर्तन निम्नले देखाउँछ।

बाष्पको चाप आयतनमा निर्भर गर्दछ, तर संतृप्त वाष्पको चापले गर्दैन। यदि कन्टेनरको आयतन बढ्छ वा घट्छ भने, अन्ततः सन्तुलन प्राप्त हुनेछ। माथिको चित्रण केवल वायुमण्डलमा हुने संतृप्त वाष्पको चाप बुझ्नको लागि मार्गदर्शन गर्नको लागि हो। भिन्नता यो हो कि, अघिल्लो चित्रणमा, हामीले मानेका थियौं कि कन्टेनरको त्यो भागमा कुनै हावा थिएन जहाँ पानी थिएन। त्यसकारण, पानी नभएको कन्टेनरको त्यो भाग जहाँ पानी थिएन त्यहाँ केवल पानीको वाष्पले ओगटेको थियो। यसको विपरीत, पृथ्वीको सतह सधैं हावाले भरिएको हुन्छ। बाष्प अणुहरू र अन्य ग्यास अणुहरू बीचको टक्करले सन्तुलनलाई सन्तुलनमा पुग्न लाग्ने समयलाई मात्र लम्ब्याउँछ। यद्यपि, सन्तुलन अन्ततः तब पुग्नेछ जब बाष्पमा परिणत हुने पानीका अणुहरूको संख्या पानीमा परिणत हुने वाष्प अणुहरूको संख्या बराबर हुन्छ।