శాస్త్ర విజ్ఞానము

http://www.wiley.com/college/phy/halliday320005/pdf/leidenfrost_essay.pdf

జెర్ల్ వాకర్ రాసిన వ్యాసం నుండి కొన్ని అంశాలు.

ముందుగా అసలు మరగడం అంటే ఏంటి? నీరు ఎలా మరుగుతుంది? అన్న ప్రశ్నల మీద చర్చతో వ్యాసం మొదలవుతుంది.





నీరు ఎలా మరుగుతుందో శ్రద్ధగా గమనించాలంటే ఒక పాత్రలో కొంచెం నీరు తీసుకుని కింద పొయ్యి వెలిగించాలి. నీరు వేడెక్కుతుంటే మొట్టమొదట మనకు కనిపించే పరిణామం నీట్లోంచి నెమ్మదిగా బుడగలు పైకి రావడం. నీట్లో కరిగి వున్న గాలి ముందుగా పాత్ర అడుగున సన్న సన్నని చీలికలలో, రంధ్రాలలో బుడగలుగా ఏర్పడుతుంది. అలా ఏర్పడ్డ బుడగ క్రమంగా పెరిగి, ఒక దశలో పాత్ర అడుగు నుండి విడివడి పైకి పోయి, పైన గాల్లో కలిసిపోతుంది. అలా నీట్లో బుడగలు ఏర్పడడం నీరు వేడెక్కుతున్నాయనడానికి సంకేతం, మరుగుతున్నాయనడానికి కాదు.



మామూలుగా వాతావరణ పీడనం వద్ద నీరు 100 C వద్ద మరుగుతుంది. కాని పీడనం పెరిగితే మరింత ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్దనే నీరు మరుగుతుంది. ఆ ప్రక్రియనే superheating (అతితాపనం) అంటారు. నీటి యొక్క ఉపరితలం పైన గాలితో సంపర్కం కలిగి ఉంటుంది కనుక పైన ఉండే నీరు 100 C వద్దనే మరిగినా, అడుగున పీడనం ఎక్కువగా ఉంటుంది కనుక అక్కడ నీరు 100 C కన్నా కొద్ది డిగ్రీలు హెచ్చు ఉష్ణోగ్రత వద్దనే మరుగుతుంది.



అలా పాత్ర అడుగున నీరు మరింత వేడెక్కడం వల్ల అది తేలికై పైకి ప్రవహిస్తుంది. ఆ విధంగా ‘సంవహన తరంగాలు’ (convection currents) పుడతాయి. నీరు ‘కిందా మీదా’ అవుతుంది. కలియబడుతుంది.



పాత్ర మరింత వేడెక్కుతుంటే ఇక అడుగున ఉండే నీరు ఆవిరి కావడం మొదలవుతుంది. ఇందాక గాలి బుడగలు ఏర్పడ్డట్టు ఇప్పుడు ఆవిరి బుడగలు ఏర్పడతాయి. అవి కూడా ముందు పాత్ర అడుగున చీలికలలో, ఖాళీలలో మొదలై, తలాన్ని వొదిలి పైకి కదులుతాయి.

అయితే ఈ ఆవిరి బుడగలు పైకి కదిలే తీరుకి, ఇందాక గాలి బుడగలు పైకి కదిలే తీరుకి చాలా తేడా వుంటుంది. ఇందాకటి గాలి బుడగలు శాంతియుతంగా, కొద్దిగా ఊగులాడుతూ, మౌనంగా పైకి తరలిపోతాయి. కాని ఈ ఆవిరి బుడలకి కాస్త హడావుడి ఎక్కువ! ఆవిరి బుడగ కాస్త పైకి లేవగానే దాని చుట్టూ మరి కాస్త చల్లని నీరు (అడుగున కన్నా) ఎదురవుతుంది. దాంతో బుడగ లోపల ఉన్న ఆవిరి కాస్తా ఘనీభవించి బుడగ టప్ మన్న చప్పుడుతో (యండమూరి నవళ్లలో కాలే కపాలాలలాగా!) పేలిపోతాయి. ఈ చిట్టి చిట్టి పేలుళ్ళే పైకి మనకి వినిపించే ‘బుస’. సల సల కాగే నీరు చేసే ఓ ప్రత్యేకమైన చప్పుడు. కాగుతున్న నీటిలో ఈ దశనే isolated vapour bubbles దశ అంటారు (చూడు చిత్రం 2). ఈ దశలో పాత్ర అడుగు యొక్క ఉష్ణోగ్రత సుమారు 105 C ఉండొచ్చు.



పాత్ర ఉష్ణోగ్రత మరింత పెంచితే ఏమవుతుంది? బుడగల గోల మరింత పెరుగుతుంది. కాని ఒక దశలో తగ్గుముఖం పడుతుంది. ఎందుకంటే నీరు మొత్తం తగినంతగా వేడెక్కినప్పుడు ఆవిరి బుడగలు పగిలే తీరు మారుతుంది. తొలిదశల్లో, పాత్ర అడుగున కన్నా మధ్యలో ఉండే నీరు మరి కాస్త చల్లగా ఉండటంతో, బుడగల పాత్ర మధ్యకి రాగానే పగులుతాయి. వీటి చప్పుడు కాస్త ఎక్కువగా ఉంటుంది. అలా కాకుండా నీరు సమస్తం మరింతగా వేడెక్కినప్పుడు, ఆవిరి బుడగలకి నీటి మధ్యలో పగిలే అవకాశం ఉండదు. కనుక అవి నీటి పై ఉపరితలాన్ని చేరుకున్నాకనే పగులుతాయి. ఈ చప్పుడు కాస్త తక్కువగా ఉంటుంది. ఈ దశలో నీరు బాగా మరుగుకి వచ్చిందని లెక్క.



మామూలుగా వంటింట్లో వాడే గ్యాస్ స్టవ్ తో అయితే వ్యవహారం ఇక్కడితో ఆగిపోతుంది. పాత్ర ఉష్ణోగ్రత ఇంతకన్నా పెద్దగా పెరగదు. కాని ప్రయోగశాలలో వాడే బర్నర్ ని వాడితే మరింత హెచ్చు ఉష్ణోగ్రతలను సాధించొచ్చు. ఇలాంటి పరిస్థితిలో నీట్లోని బుడగలు మరింత విరివిగా ఏర్పడడం కనిపిస్తుంది. అయితే ఇందాకటిలా ఇవి ఒంటరి బుడగలు (isolated bubbles) కావు. ఇవి ఒకదాన్నొకటి అతుక్కుని గొలుసుకట్టుగా మారి నిలువు మాలికలలా, స్తంభాలలా రూపొందుతాయి. కుతకుతలాడే నీట్లో ఈ మాలికలు కల్లోలంగా పైకి కదిలి పైన గాల్లో కలిసిపోతుంటాయి. ఈ దశని చేరుకోవడానికి పెనం ఉష్ణోగ్రత 110-150 C వరకు రావాలి (చూడు చిత్రం 2).



(ఇంకా వుంది)