పెంగ్వాపాన్

గతి సిద్ధాంతం

భాష్పీభవన ప్రక్రియను గతిజ సిద్ధాంతాన్ని ఉపయోగించి వివరించవచ్చు. వాయు అణువుల వలె, నీటి అణువులు కూడా కదులుతాయి. తేడా ఏమిటంటే, వాటి మధ్య ఉన్న ఆకర్షణ శక్తులు వాటిని కలిపి ఉంచగలవు కాబట్టి నీటి అణువులు విడిపోలేవు. దీనికి విరుద్ధంగా, వాయు అణువుల మధ్య ఆకర్షణ శక్తులు చాలా బలహీనంగా ఉంటాయి, కాబట్టి వాయు అణువులు ఒకదానికొకటి అంటుకోలేవు. కదులుతున్నప్పుడు, నీటి అణువులకు వేగం ఉంటుంది. కొన్ని నీటి అణువులకు అధిక వేగం ఉండగా, మరికొన్నింటికి తక్కువ వేగం ఉంటుంది. నీటి అణువుల వేగాల పంపిణీ మాక్స్‌వెల్ పంపిణీని పోలి ఉంటుంది.

నీటి అణువుల వేగం తగినంత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, వాటి మధ్య ఉండే ఆకర్షణ శక్తి వాటిని కలిపి ఉంచలేకపోతుంది, అప్పుడు బాష్పీభవనం జరుగుతుంది. అంతరిక్షంలోకి వెళ్లే రాకెట్ మాదిరిగానే, రాకెట్ వేగం ఎంత ఎక్కువగా ఉంటుందంటే, భూమి యొక్క గురుత్వాకర్షణ శక్తి దానిని భూమిపైనే ఉండిపోకుండా నిరోధించలేకపోతుంది. అధిక వేగం ఉన్న అణువులు మాత్రమే అణువుల మధ్య ఉండే ఆకర్షణ శక్తుల నుండి తప్పించుకోగలవని గమనించాలి. తక్కువ వేగం ఉన్న అణువులు కూడా కలిసి నీరుగా ఏర్పడతాయి.

నీటి అణువులకు ద్రవ్యరాశి మరియు వేగం ఉంటాయి, కాబట్టి వాటికి గతిజ శక్తి (EK = 1/2 mv²) ఉంటుంది ^. తక్కువ వేగం గల నీటి అణువుల కంటే ఎక్కువ వేగం గల నీటి అణువులకు అధిక గతిజ శక్తి ఉంటుంది. అందువల్ల, అణువుల మధ్య ఉండే ఆకర్షణ శక్తుల నుండి తప్పించుకోగల నీటి అణువులకు (ఆవిరిగా మారే నీటి అణువులకు) చాలా పెద్ద గతిజ శక్తి ఉంటుందని చెప్పవచ్చు. సాధారణంగా నీటి ఉష్ణోగ్రత పెరిగే కొద్దీ నీటి అణువుల గతిజ శక్తి పెరుగుతుంది. నీటి ఉష్ణోగ్రత తగినంత ఎక్కువగా ఉంటే, నీటి అణువుల గతిజ శక్తి పెరుగుతుంది. అందువల్ల, ఎక్కువ నీరు ఆవిరిగా మారుతుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద బాష్పీభవన రేటు సాధారణంగా ఎక్కువగా ఉంటుందని చూపించే పరిశోధన ఫలితాలకు ఇది అనుగుణంగా ఉంది.

మనం తడి బట్టలను ఎండలో ఆరబెట్టినప్పుడు, ఆ బట్టలు సూర్యుని నుండి వెలువడే వేడిని గ్రహిస్తాయి. సూర్యుని నుండి వచ్చే ఈ అదనపు శక్తి, బట్టలలోని నీటి అణువుల గతిజ శక్తిని పెంచుతుంది. గతిజ శక్తి పెరగడం వల్ల, నీటి అణువులు వేగంగా కదులుతాయి (నీటి అణువుల వేగం పెరుగుతుంది). వాటి వేగం లేదా గతిజ శక్తి ఒక నిర్దిష్ట స్థాయికి చేరుకున్న తర్వాత, ఆ నీటి అణువులు తమ మధ్య ఉన్న ఆకర్షణ శక్తుల నుండి తప్పించుకుని, ఆవిరిగా మారతాయి. ఇక్కడ గమనించాల్సిన ముఖ్య విషయం ఏమిటంటే, తడి బట్టలు ఆరడం అనేది కేవలం సూర్యుని నుండి వచ్చే అదనపు వేడి వల్ల మాత్రమే జరగదు. బట్టల చుట్టూ ఉన్న వెచ్చని గాలి నుండి వచ్చే అదనపు వేడి వల్ల కూడా అవి ఆరవు (వేడి గాలి నుండి తడి బట్టలకు వాహనం ద్వారా బదిలీ అవుతుంది).

వేడి రోజున, నేల లేదా ఫ్లోర్ చాలా త్వరగా వేడెక్కుతుంది. నేల యొక్క విశిష్టోష్ణం చాలా ఎక్కువగా ఉండటం వల్ల అది త్వరగా వేడెక్కుతుంది. నేల దానిపై ఉన్న గాలిని వేడి చేస్తుంది (ఈ సందర్భంలో, ఉష్ణ బదిలీ వాహనం ద్వారా జరుగుతుంది). వేడి గాలి వ్యాకోచించి (దాని సాంద్రత తగ్గి) పైకి కదులుతుంది. అది తడి బట్టల మీదుగా వెళ్ళినప్పుడు, గాలి అణువులు బట్టలలోని నీటి అణువులతో ఢీకొంటాయి. నీటి అణువులు వేగంగా కదులుతాయి. అవి వేగంగా కదలడం వల్ల, నీటి అణువుల గతిశక్తి పెరుగుతుంది. వేగంగా కదులుతున్న నీటి అణువులు ఇతర నీటి అణువులతో ఢీకొంటాయి. గాలి అణువులతో నిరంతరం ఢీకొనడం వల్ల, నీటి అణువులు మరింత వేగంగా కదులుతాయి (వాటి గతిశక్తి పెరుగుతుంది).

వాటి వేగం లేదా గతిశక్తి ఒక నిర్దిష్ట విలువకు చేరుకున్న తర్వాత, వేగంగా కదులుతున్న నీటి అణువులు అణువుల మధ్య ఉన్న ఆకర్షణ నుండి తప్పించుకుని ఆవిరిగా మారగలవు… నీటి అణువుల లేదా గాలి అణువుల గతిశక్తి ఉష్ణోగ్రతతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. నీటి అణువుల గతిశక్తి ఎక్కువగా ఉంటే, అదే సమయంలో నీటి ఉష్ణోగ్రత కూడా ఎక్కువగా ఉంటుంది. లేదా దీనికి విరుద్ధంగా, నీటి ఉష్ణోగ్రత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, నీటి అణువుల గతిశక్తి తప్పనిసరిగా ఎక్కువగా ఉంటుంది. గతిశక్తి వేగంతో కూడా సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. అణువుల గతిశక్తి ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, అణువుల వేగం అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. లేదా దీనికి విరుద్ధంగా, అణువుల వేగం ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, అణువుల గతిశక్తి అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది.

మరి వేడి నీటి సంగతేంటి? వేడి నీటికి అధిక ఉష్ణోగ్రత ఉంటుంది. నీటి ఉష్ణోగ్రత ఎక్కువగా ఉండటం వల్ల, నీటిలోని అణువులకు అధిక సగటు గతిశక్తి ఉంటుంది. నీటి అణువుల సగటు గతిశక్తి ఎక్కువగా ఉండటం వల్ల, అనేక నీటి అణువులు అధిక వేగాన్ని కలిగి ఉంటాయి (అనేక నీటి అణువులు వేగంగా కదులుతాయి). అధిక వేగం ఉన్న నీటి అణువులు, అణువుల మధ్య ఉండే ఆకర్షణ బలాల నుండి తప్పించుకుని ఆవిరిగా మారగలవు. అధిక వేగం ఉన్న నీటి అణువులు (అధిక గతిశక్తి ఉన్న నీటి అణువులు) మాత్రమే ఆవిరిగా మారతాయి, అయితే తక్కువ వేగం ఉన్న నీటి అణువులు (తక్కువ గతిశక్తి ఉన్న నీటి అణువులు) ఆవిరిగా మారవు. అందువల్ల, అధిక వేగం ఉన్న నీటి అణువులు ఆవిరిగా మారినప్పుడు, కలిసి ఉన్న నీటి అణువుల సగటు గతిశక్తి తగ్గుతుంది. సగటు గతిశక్తి ఎంత తక్కువగా ఉంటే, నీటి ఉష్ణోగ్రత అంత తక్కువగా ఉంటుంది (నీరు చల్లగా మారుతుంది). ఈ సంక్షిప్త వివరణ ఆధారంగా, బాష్పీభవనం ఒక శీతలీకరణ ప్రక్రియ అని చెప్పవచ్చు.

భాష్పీభవనం వలన కలిగే శీతలీకరణ ప్రక్రియ మన దైనందిన జీవితంలో సర్వసాధారణంగా జరిగే విషయం. గాలి చాలా వేడిగా ఉన్నప్పుడు, శరీరం అధిక వేడిని గ్రహిస్తుంది. శరీర ఉష్ణోగ్రతను స్థిరంగా ఉంచుకోవడానికి, శరీరం సాధారణంగా చెమట ద్వారా వేడిని విడుదల చేస్తుంది. చెమట సూర్యుని నుండి మరియు చుట్టుపక్కల గాలి నుండి అదనపు వేడిని గ్రహించడం వలన, చెమట అణువుల గతిశక్తి పెరుగుతుంది. చెమట అణువుల గతిశక్తి పెరగడం వలన, వాటి వేగం పెరుగుతుంది. చెమట అణువులు ఆవిరిగా మారతాయి. చెమట ఆవిరైనప్పుడు, శరీరానికి చల్లగా అనిపిస్తుంది. ఇక్కడ మరో ఉదాహరణ... సాధారణంగా స్నానం చేసిన తర్వాత మన శరీరానికి చల్లగా అనిపిస్తుంది. దీనికి కారణం, చర్మం ఉపరితలానికి అంటుకున్న నీరు ఆవిరైపోవడమే.

పైన వివరించిన భాష్పీభవన ప్రక్రియ ప్రతిరోజూ జరుగుతుంది. సముద్రపు నీరు, సరస్సు నీరు మరియు నదీ నీరు కూడా ఆవిరైపోతాయి…

ఆవిరి పీడనం

ఇక్కడ ఆవిరి అంటే నీటి ఆవిరి. చిత్రాన్ని గమనించండి. నీటితో నిండిన ఒక మూసివున్న పాత్ర (పాత్రలోని గాలిని తీసివేశారని అనుకుందాం). గతి సిద్ధాంతం ప్రకారం, నీటి అణువులు ఎల్లప్పుడూ కదులుతూ ఉంటాయి. కదులుతున్నప్పుడు, నీటి అణువులకు వేగం మరియు గతి శక్తి ఉంటాయి. తగినంత వేగం మరియు గతి శక్తి ఉన్న నీటి అణువులు, ఇతర నీటి అణువుల మధ్య ఉన్న ఆకర్షణ బలాల నుండి తప్పించుకుని ఆవిరిగా మారగలవు... దాని పక్కన ఉన్న పాత్రలోని నీటి అణువులకు కూడా ఇదే ప్రక్రియ జరుగుతుంది. సమయం గడిచేకొద్దీ, ఎక్కువ నీటి అణువులు ఆవిరిగా మారుతాయి. పాత్ర మూసి ఉండటం వల్ల, ఆవిరిగా మారిన నీటి అణువులు వాతావరణంలోకి తప్పించుకోలేవు (ఆ అణువులు పాత్రలోనే చిక్కుకుపోతాయి). ఆవిరిగా మారే నీటి అణువుల సంఖ్య చాలా ఎక్కువగా ఉండటం వల్ల, ఆ అణువులు పాత్ర గోడలను ఢీకొనే అవకాశం ఉంటుంది.

పాత్ర గోడలను తాకిన కొన్ని అణువులు తిరిగి నీటి ఉపరితలంపైకి పరావర్తనం చెంది, కలిసి నీరుగా ఏర్పడతాయి. ఈ ప్రక్రియ నిరంతరం పునరావృతమవుతుంది. కాలం గడిచేకొద్దీ, ఎక్కువ నీటి అణువులు ఆవిరిగా (ద్రవం నుండి ఆవిరిగా) మారుతాయి. అదే సమయంలో, పాత్ర గోడలను తాకిన కొన్ని అణువులు తిరిగి నీరుగా (ఆవిరి నుండి ద్రవంగా) మారుతాయి. ద్రవం నుండి ఆవిరిగా మారే అణువుల సంఖ్య, ఆవిరి నుండి ద్రవంగా మారే అణువుల సంఖ్యకు సమానంగా ఉంటే, అప్పుడు సమతౌల్యం ఏర్పడుతుంది. సమతౌల్యం ఏర్పడినప్పుడు, ఆవిరిని కలిగి ఉన్న పాత్ర పైభాగం సంతృప్తమైందని అంటారు… సంతృప్త ప్రాంతంలోని ఆవిరి పీడనాన్ని సంతృప్త ఆవిరి పీడనం అంటారు.

ద్రవ స్థితి ఆవిరిగా మారడాన్ని భాష్పీభవనం అంటారు. ఆవిరి స్థితి ద్రవంగా మారడాన్ని ఘనీభవనం అంటారు. సంతృప్త ఆవిరి పీడనం ఘనపరిమాణంపై కాకుండా కేవలం ఉష్ణోగ్రతపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుందని గమనించండి. నీటి ఉష్ణోగ్రత పెరిగే కొద్దీ, నీటి అణువుల గతిశక్తి పెరుగుతుంది.

నీటి అణువుల గతిజ శక్తి పెరగడం వల్ల వాటి వేగం కూడా పెరగాలి. ఈ విధంగా, అధిక వేగంతో ఉన్న మరిన్ని అణువులు ఆవిరిగా మారతాయి (ద్రవ స్థితి నుండి ఆవిరి స్థితికి మారతాయి). పాత్ర యొక్క ఘనపరిమాణం స్థిరంగా ఉన్నందున, ఆవిరి పీడనం కేవలం అణువుల సంఖ్య (N) మరియు వేగం (v) మీద మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది.

ఎక్కువ అణువులు (N విలువ ఎక్కువ) ఆవిరిగా మారినప్పుడు మరియు ఆ అణువుల వేగం (v విలువ ఎక్కువ) అధికంగా ఉన్నప్పుడు, ఆవిరి పీడనం అంత ఎక్కువగా పెరుగుతుంది. అందువల్ల, అధిక ఆవిరి పీడనం వద్ద సమతౌల్యం ఏర్పడుతుంది. కాబట్టి, సంతృప్త ఆవిరి పీడనం కూడా పెరుగుతుంది. సమతౌల్యం ఏర్పడినప్పుడు మాత్రమే సంతృప్త ఆవిరి పీడనం ఉంటుంది. ఉష్ణోగ్రతతో పాటు నీటి సంతృప్త ఆవిరి పీడనంలో కలిగే మార్పును కింది పటం చూపిస్తుంది.

భాష్ప పీడనం ఘనపరిమాణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది, కానీ సంతృప్త భాష్ప పీడనం ఆధారపడదు. ఒక పాత్ర యొక్క ఘనపరిమాణం పెరిగినా లేదా తగ్గినా, చివరికి సమతౌల్యం ఏర్పడుతుంది. వాతావరణంలో ఏర్పడే సంతృప్త భాష్ప పీడనాన్ని మీరు అర్థం చేసుకోవడానికి మార్గనిర్దేశం చేయడానికే పై పటము ఇవ్వబడింది. తేడా ఏమిటంటే, మునుపటి పటములో, నీరు లేని పాత్ర భాగంలో గాలి లేదని మనం భావించాము. అందువల్ల, నీరు లేని పాత్ర భాగం కేవలం నీటి ఆవిరితో మాత్రమే నిండి ఉంది. దీనికి విరుద్ధంగా, భూమి ఉపరితలం ఎల్లప్పుడూ గాలితో నిండి ఉంటుంది. ఆవిరి అణువులు మరియు ఇతర వాయు అణువుల మధ్య జరిగే ఢీకొనడాలు, సమతౌల్యం ఏర్పడటానికి పట్టే సమయాన్ని మరింత పొడిగిస్తాయి. అయితే, ఆవిరిగా మారే నీటి అణువుల సంఖ్య, నీరుగా మారే ఆవిరి అణువుల సంఖ్యకు సమానమైనప్పుడు చివరికి సమతౌల్యం ఏర్పడుతుంది.