శాస్త్ర విజ్ఞానము

కాగే నీట్లో బుడగలు మాలికలుగా, స్తంభాలుగా ఏర్పడ్డ దశని ‘బీజకారక మరుగుదల’ (nucleate boiling) అంటారు (fig. 2). పాత్ర ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంటే పాత్రలోకి ప్రవేశించే శక్తి ప్రవాహం కూడా క్రమంగా పెరుగుతుంటుంది. కాని ఈ ఒరవడి ఒక దశలో తిరుగుముఖం పడుతుంది. ఆ దశలో ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతున్న కొద్ది పాత్రలోకి పోయే శక్తి ప్రవాహం తగ్గుతుంటుంది. దీన్నే సంక్రమణ దశ (transition regime) అంటారు (fig. 2). పాత్ర ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంటే, ఇంకా ఇంకా వేడిమి నీట్లోకి ప్రవేశించాలి. అలా కాకుండా వేడిమి ప్రవహించే వేగం తగ్గడం ఆశ్చర్యంగా అనిపిస్తుంది. దీనికి కారణం, ఈ సంక్రమణ దశలో పాత్ర అడుగుభాగంలో ఓ సన్నని ఆవిరి పొర ఏర్పడుతుంది. ఈ పొర నీటిని, పాత్ర అడుగుని వేరు చేస్తుంది. అంటే ఈ దశలో అసలు నీరు పాత్ర అడుగుని తాకడం లేదన్నమాట. ఆవిరి ఉష్ణనిరోధక లక్షణం కలది కనుక అందులోంచి ప్రవహించే ఉష్ణం తక్కువగా ఉంటుంది.



సంక్రమణ దశలో శక్తి ప్రవాహం తగ్గడం వల్ల ఉష్ణ వినియమ యంత్రాలలో (heat exchanger) ఈ దశ ఏర్పడినప్పుడు ప్రమాదకర పరిస్థితి ఏర్పడుతుంది. ఉష్ణవినియమ యంత్రం యొక్క లక్ష్యం ఉష్ణాన్ని ఉష్ణజనకం నుండి మరో వస్తువులోకి ప్రవేశపెట్టడం. ఆవిరి పొర అడ్డుపడడం వల్ల ఉష్ణం అవతలి వస్తువు లోకి సరిగ్గా చేరకపోవడం వల్ల, ఉష్ణవినియమ యంత్రం అతిగా వేడెక్కే ప్రమాదం వుంది.



పాత్ర యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఇంకా పెంచుతూ పోతే మరో ఒరవడి కనిపిస్తుంది. శక్తి ప్రవాహం మళ్లీ పెరుగుతుంది. ఆవిరి పొర ఎప్పట్లాగే ఉన్నా, ఆ పొర లోంచి ఉష్ణవహహనం (conduction) ద్వారాను, వికిరణం (radiation) ద్వారాను వేడి పాత్ర అడుగు లోంచి నీట్లోకి ప్రవేశిస్తుంది. ఈ దశని పొర మరుగుదల (film boiling) అంటారు.

ఈ పొర మరుగుదల కొన్ని వందల డిగ్రీల సెల్షియస్ వద్ద జరుగుతుంది. కనుక సాధారణ గ్యాస్ పొయ్యి మీదు నీరు కాగబెడుతున్నప్పుడు ఇది జరిగే అవకాశం తక్కువ. కాని వేడెక్కిన పెనం మీద కొన్ని బొట్లు నీరు చల్లినప్పుడు ఈ ‘పొర మరుగుదల’ కనిపిస్తుంది. దోసె వేయడానికి తగినంతగా పెనం వేడెక్కిందో లేదో ఈ ప్రభావం వల్లనే తెలుసుకోడానికి వీలవుతుంది. పెనం మరీ వేడెక్కకపోతే చల్లిన నీరు ఇట్టే ఆవిరి ఐపోతుంది. పెనం బాగా (కొన్ని వందల డిగ్రీల సెల్షియస్ వరకు) వేడెక్కి వుంటే పరిస్థితి వేరేగా ఉంటుంది. పెనం మీద పడ్డ నీటి బొట్లు ఎగిరెగిరి పడడం కనిపిస్తుంది.

ఇలాంటి పరిస్థితి ఒకటి రచయిత జెర్ల్ వాకర్ వర్ణిస్తాడు. పాన్ కేక్ లు తయారు చెయ్యడానికి వాళ్ల బామ్మ పెనం సిద్ధం చేస్తున్నప్పుడు, పెనం తగినంతగా వేడెక్కిన స్థితిలో నీటి బొట్టు పెనం మీద ఇంచుమించు ఒక నిముషం పాటు మాయం కాకుండా నాట్యం చేయడం చూశానని చెప్తాడు.



చిన్నప్పుడు చూసిన ఈ దృశ్యాన్ని తానే స్వయంగా పరీక్షించి చూడాలని నిశ్చయించుకుంటాడు జెర్ల్ వాకర్. ప్రయోగశాలలో వాడే బర్నర్ మీద ఓ చదునైన లోహపు పళ్లేన్ని ఏర్పాటు చేశాడు. ఓ చిన్న సుత్తితో పళ్లెం మీద కొట్టి ఓ చిన్న గుంత లాంటిది చేశాడు. ఓ థర్మోకపుల్ సహాయంతో పళ్లెం యొక్క ఉష్ణోగ్రతని ఎప్పటికప్పుడు కొలుస్తూ ఉంటాడు. ఓ సిరింజ్ తో శుద్ధమైన నీరు తీసుకుని పళ్లెం మీదుగా ఓ నీటి చుక్కని ఇందాక చేసిన గుంతలో విడిచాడు. ఆ గుంతలో పడ్డ నీటి బొట్టు ఎంత సేపు నిలుస్తుందో కొలిచాడు.

ఆ విధంగా బొట్టు యొక్క ఆయుర్దాయానికి, పళ్లెం యొక్క ఉష్ణోగ్రతకి మధ్య సంబంధాన్ని తెలియజేస్తూ ఓ గ్రాఫు గీశాడు (fig. 3). ఈ గ్రాఫు నుండి మనకి తెలిశే ఓ ఆశ్చర్యకరమైన విషయం ఏంటంటే నీటు బొట్టు యొక్క ఆయుర్దాయం గరిష్ట విలువని చేరుకునే ఉష్ణోగ్రత నీరు మరిగే ఉష్ణోగ్రత (100 C) కన్నా చాలా ఎక్కువ (200 C పైగా).



ఇంత ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద పెనం మీద పడ్డ బొట్టు అడుగుభాగంలో ఆవిరి పొర ఏర్పడుతుంది. పెనానికి బొట్టుకి అది అడ్డుగా నిలుస్తుంది. కనుక పెనం లోంచి నీటి బొట్టులోకి ప్రవేశించే శక్తి ప్రవాహం తగ్గుతుంది. ఆ కారణం చేత బొట్టు ఆయుర్దాయం పెరుగుతుంది. అంతే కాక బొట్టు అడుగు భాగాన ఏర్పడ్డ ఆవిరి పొర అధిక పీడనం వద్ద ఉండి వ్యాకోచిస్తుంది. వ్యాకోచిస్తున్న ఆవిరి తన్నిన తాపుల వల్ల బొట్టు ఎగిరెగిరి పడుతుంది.



మరుగు స్థానం (boiling point) కన్నా చాలా ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద నీటి బొట్టు ఆయుర్దాయం ఎక్కువ కావడం అనేది కొత్తగా కనుక్కున్న విషయం కాదు. పద్దెనిమిదవ శతాబ్దంలోనే ఈ విషయాన్ని గుర్తించిన వారు ఉన్నారు.



(ఇంకా వుంది)