वाफेतली ऊर्जा
काढून घेतली तर तिचे पाणी होते. पाण्यातली ऊर्जा काढून घेतली तर त्याचा बर्फ होतो.
बर्फातली ऊर्जा काढून घेतली तर त्याचे काय होते? त्याचे तापमान ऊर्जा काढून घेत जावी तसतसे घटत जाते. बर्फाला जसजसे
निववत जावे तसतसे निववणार्‍या पदार्थाचे तापमान वाढत जाते. म्हणजे मग तो पदार्थ
पुन्हा बर्फास निववू शकत नाही. जेव्हा निववणारे पदार्थच संपत जातात तेव्हा मग
बर्फाला आणखी निववणे शक्य होत नाही. कारण मग त्या तापमानापेक्षा कमी तापमानाचे
निववणारे पदार्थच उपलब्ध होत नाहीत. अशा तापमानाला निव्वळ शून्य अंश तापमान
म्हणतात. लॉर्ड केल्विन ह्यांनी त्याचा शोध लावला म्हणून त्याला शून्य अंश केल्विन
म्हणू लागले. प्रत्यक्षात हे तापमान -२७३.१६ अंश सेल्शस एवढे असते.
निव्वळ शून्य तापमान ही एक तार्किकदृष्ट्या निश्चितपणे गाठली जाणारी अवस्था आहे. तिथे आजवर प्रत्यक्षात कुणीही पोहोचलेला नाही आणि पोहोचण्याची शक्यताही नाही, कारण त्या तापमानावर, ना द्रव पदार्थ राहतात, ना वायूरूप पदार्थ राहू शकतात. केवळ घनरूपसृष्टी. सार्‍या जगाची अहिल्याच काय ती बनून राहते. फक्त शिळा. तेव्हा माणसे ती अवस्था पाहू, अनुभवू शकतील अशी सुतराम शक्यता नाही.
पाण्याचे प्रावस्थांतरण
आता हे उघडच आहे की
इथपासून पुन्हा त्या बर्फाला ऊर्जा पुरवली तर त्याचे तापमान वाढू लागेल[१]. शून्य
अंश सेल्शिअसला पोहोचल्यावर बर्फाचे पाण्यात रुपांतरण सुरू होईल[२]. पुरेशी
ऊर्जा मिळताच शून्य अंश सेल्शिअस तापमानावरच संपूर्ण बर्फाचे पाणी होईल. मग त्या
पाण्याला ऊर्जा पुरवत राहू तसतसे त्याचे तापमान वाढत राहील. शंभर अंश सेल्शिअस
पर्यंत तापमान वाढल्यावर, ऊर्जा पुरवतच राहिल्यास तापमान न
वाढता त्याच तापमानावर पाण्याची वाफ होईल[३].
मात्र ऊर्जा सामावत, वाफ न होऊ देता पाण्याला पाणीच ठेवायचे असेल तर दाब वाढवावा लागतो.
उदाहरणार्थ प्रेशर कुकर. कुकरमध्ये पाण्याची वाफ १०० अंश सेल्शसहून अधिक तापमानावर
होत असल्याने, जी डाळ एरव्ही सहजी शिजत नाही ती
कुकरमध्ये मऊसूत होते. आण्विक भट्ट्यांमध्ये निर्माण होणारी ऊर्जा बाहेर
काढण्यासाठी असेच दाबित पाणी वापरले जाते. त्या पाण्याची ३०० अंश सेल्शसहून अधिक
तापमानावरही वाफ होऊ नये म्हणून त्या पाण्यास १०० किलोग्रॅम प्रती वर्ग सेंटिमीटर
दाबावर ठेवल्या जाते. हे करण्याचे कारण म्हणजे वाफेपेक्षा पाण्यात उष्णतावाहकता जास्त
असते व म्हणून मोठ्या प्रमाणावर निर्माण होणार्‍या ऊर्जेस लगबगीने बाहेर काढून
घेऊन वाढत्या तापमानाचा धोका टाळता येतो. अशा प्रकारच्या कारणांसाठी दाब वाढवत वाढवत पाण्यास पाणीच ठेवत ऊर्जा
देत गेले तर ३७४ अंश सेल्शसच्या आसपास त्या पाण्याची घनता त्याच तापमानावरील व दाबावरील
वाफेच्या घनतेएवढीच होते आणि मग पाणी व वाफ ह्यांमध्ये काहीच भेदभाव उरत नाही.
पाणीही वाफेगत उडू लागते आणि वाफही पाण्यागत बुडू लागते. अशा संमिश्र कोलाहलाच्या
स्थितीला प्राकल (प्लाझ्मा) म्हणतात. अगदी सूर्यात असते तसेच अखंड वायूरूप.
अशाप्रकारे आपण हे पाहिले की पाण्याचा
शून्य ऊर्जेकडे होणारा प्रवास त्याला सर्वघन अवस्थेकडे घेऊन जातो. तर त्याच
पाण्याचा ऊर्जस्वलतेकडील प्रवास त्याला प्राकलावस्थेत (प्लाझ्मा अवस्थेत, सूर्यांतर्गत असणार्‍या अवस्थेप्रत) सर्ववायू
अवस्थेपर्यंत घेऊन जातो.
बर्फाची लादी, फ्रीझमधील बर्फाचे ठोकळे इत्यादी पाण्याच्या घनावस्था आपल्याला
माहीत असतात. आपल्या ओळखीच्या असतात. हवेतून पावसाचे पाणी जमिनीवर पडत असता, वाटेतच ते संपूर्णतः गोठते तेव्हा निर्माण होतात गारा. त्याही आपण
ओळखतोच. मात्र, जेव्हा हवेतून पडणारे पावसाचे पाणी जमिनीवर पडत असता, एकदम संपूर्णपणे न गोठता सावकाश साखळत जाते तेव्हा, त्याचे स्फटिक तयार होतात. हलव्याला काटे फुटतात, मात्र साखर फुटाणे गुळगुळीतच राहतात, तसे हे असते. साखळत असतांना विस्ताराची संपूर्ण स्वायत्तता मिळत
गेल्यास, पाण्याचे स्फटिकांत रूपांतरण होते.
तशी स्वायत्तता न मिळाल्यास, किंबहुना तसा अवधीच
न मिळाल्यास, त्या पाण्याच्या अचानक गोठून गारा
होतात. साखरफुटाण्यांसारख्या.
पाण्याच्या घन
म्हणजे बर्फ अवस्थेचा स्पर्श अतिथंड असतो. ह्या थंडाव्याचा उपयोग आपण
शीत-कपाटांमध्ये (फ्रीझमध्ये) चांगल्या प्रकारे करून घेत असतो. आईस्क्रीम करत
असतो. पदार्थ न नासता ताजे ठेवू शकत असतो. मासे तर बर्फाच्या लाद्यांतच ठेवले
जातात. मात्र, हिमनदीवरून तासभर जरी चालायची पाळी
आली तरी शरीर गारठून जाते. पायाला हिमदंश होऊ शकतो. बोटांना, हाता-पायांना अचेतनता येते. अवयव निकामी होऊ शकतात.
पाण्याची द्रव
अवस्था म्हणजे आपले रोजच्या वापरातले पाणी. हौद, नदी, पाणवठे, जलाशय, तलाव, समुद्र इत्यादींतले पाणी. पावसाचे
पाणी. पाण्याचा गुणधर्म थंडावा देण्याचा असतो. स्वच्छ करणारा असतो. सुखावह असतो.
वाफ अवस्थेतले पाणी
वायूरूप असते. प्रेशर कुकर मधून बाहेर पडणारी वाफ, वाफेच्या इंजिनातून सोडली जाणारी वाफ, हिवाळ्यात तोंडातून बाहेर पडणारी वाफ, चहाच्या किटलीतून बाहेर उंच झेपावणारी वाफ आपल्या परिचयाचीच असते.
वाफ ऊर्जस्वल असते. उष्णता हा तिचा स्वभाव असतो. वाफेने शरीर भाजू शकते.
पाण्याची सर्वाधिक
ऊर्जस्वल अवस्था म्हणजे प्राकल. पावसाळ्यात, विशेषतः पावसाळ्याच्या सुरूवातीस आकाशातून पडणारी वीज म्हणजे
पाण्याची प्राकल अवस्था होय. ह्या अवस्थेत पाण्यातील मूलके (आयन्स) सुटी होतात. स्वैर संचार करू लागतात. मानवी शरीरास प्राकलाचा
स्पर्श अत्यंत हिंसक असतो. वीज अंगावर कोसळल्यास माणसे जळून जातात. झाडे कोळपून
कोळसा होतात. इमारती कोसळतात. तरीही प्राकलावस्थेचा उपयोग मानवाने अत्यंत हुशारीने
करून घेतलेला आहे. हल्लीचे प्राकल दूरदर्शक (प्लाझ्मा टी.व्ही.) हे त्याचेच एक
उदाहरण आहे.
मात्र
उष्मा-द्रवचालिकीय (थर्मल हायड्रॉलिक्स) शास्त्रानुसार, बर्फाला ऊर्जा पुरवू लागल्यावर जर सभोवतालच्या वातावरणाचा दाब, समुद्रपातळीवरील वातावरणाच्या दाबाहून कमी असेल, तर पाण्याचा एक वेगळाच प्रवास अनुभवास येतो. ऊर्जाप्राप्तीनंतर
त्या बर्फाचे पाणी होत नाही, तर थेट त्याची वाफच
होते. आपल्या सभोवतालच्या वातावरणाचा दाब कायमच समुद्रपातळीवरील वातावरणाच्या
दाबाच्या आसपासचा राहत असल्याने आपल्याला, असला अद्‌भूत प्रवास कधीही दिसू शकत नाही. ह्या प्रक्रियेस संप्लवन म्हणतात.
साधारणतः इंग्रजी वायच्या आकाराचे दिसणारे खालील आलेखचित्र, दाब x तापमान प्रतलावरील
पाण्याचा ऊर्जाप्रवास अभिव्यक्त करत असते. सामान्यपणे आपण मधल्या आडव्या तुटक
आलेखरेषेवरच वावरत असतो, जिथे वातावरणीय दाब १ असतो. इंग्रजी वायच्या उजव्या वर जाणार्‍या आलेखरेषेवर,
डावीकडून उजवीकडे जात असता पाणी उकळून वाफ होत असते, म्हणून ह्या आलेखरेषेला उकळण
किंवा उत्कलनरेषा म्हणतात. ह्या आलेखरेषेवरील सर्वात वरच्या बिंदूला क्रांतिक
बिंदू म्हणतात. इथपासून पुढे पाण्याची ऊर्जा आणखी वाढवत गेल्यास, पाण्याची आणि
वाफेची घनता सम-समान होते. मग वाफ पाण्यात बुडू लागते आणि पाणी वाफेत उडू लागते.
संप्लवनाचे शास्त्रीय स्पष्टीकरण
इंग्रजी वायच्या खाली जाणार्‍या आलेखरेषेवर, डावीकडून उजवीकडे जात असता
बर्फाचे संप्लवन होऊन त्याचे थेट वाफेतच रूपांतरण होत असते, म्हणून ह्या
आलेखरेषेला संप्लवनरेषा म्हणतात. ह्या तिन्ही रेषा ज्या बिंदूत परस्परांना मिळतात,
त्या बिंदूवर म्हणजेच त्या दाब आणि तापमानावर, बर्फ, पाणी आणि वाफ तिन्ही
प्रावस्था अस्तित्वात राहू शकत असतात, म्हणून त्या बिंदूस त्रय-बिंदू म्हणतात.
त्रय-बिंदूपासून डाव्या बाजूस वर जाणारा आलेख, वितळण रेषा व्यक्त करत असतो. ह्या
रेषेवर डावीकडून उजवीकडे जात असता बर्फाचे पाणी होत असते. अशाप्रकारे वरील निळसर भागात पाणी द्रव स्वरूपात
राहते. उजवीकडील हिरवट भागात ते वाफरूप वायू स्वरूपात राहते. तर डावीकडील पांढर्‍या
भागात पाणी बर्फरूप घन स्वरूपात राहत असते.
विश्वात पाणी त्याच्या शुद्ध प्रावस्थांत तर आढळून येतेच.
शिवाय ह्या प्रावस्थांची मिश्रणेही आढळून येतात. जसे की ढग. ढगात पाण्याच्या चारही
प्रावस्था आढळून येतात. मात्र ढग ही काही पाण्याची पाचवी शुद्ध प्रावस्था नाही. ढग
हे पाण्याच्या चारही प्रावस्थांसहित इतर पदार्थांसोबतचे मिश्रण असते. ढगात धूर,
प्रदूषणाचे धुके, धूळ, अपरिमित ऊर्जा, इत्यादी इतर घटकही असू शकतात. कविकुलगुरू
महाकवी कालिदास, आपल्या मेघदूत ह्या महाकाव्यात ढगाचे वर्णन
खालीलप्रमाणे करतात.
धूमज्योति: सलिलमरुतां संनिपात: क्व मेघ:
संदेशार्था: क्व पटुकरणै:
प्राणिभि: प्रापणीया: ।
इत्यौत्सुदक्यादपरिगणयन्गु्ह्यकस्तं ययाचे
कामार्ता हि प्रकृतिकृपणाश्चेतनाचेतनेषु ।।
- मेघदूत ५/१२८, कविकुलगुरू महाकवी कालिदास
म्हणजे
पाणी, वारा, जलसहित ज्योती, घडे ज्या ढगाला ।
प्राण्यांद्वारे प्रेष्य हितगुजा, पाठवावे तया का ॥
औत्सुक्याने न गणुन मुळी, पाठविले ढगा त्या ।
कामातूरा फरक न कळे, चेतनाचेतनांचा ॥
- मराठी
अनुवाद: नरेंद्र गोळे २०१५०५२३
अतीउंचीवरचे ढग ६,००० मीटर किंवा जास्त उंचीवर
असतात. त्यांचा रंग सहसा पांढरा असतो. विषेशतः सूर्योदयाच्या किंवा सूर्यास्ताच्या
वेळी, यांच्यात आपल्याला अनेक रंगांच्या छटा दिसू शकतात. मध्य उंचीवरचे ढग १,८०० ते ६,००० मीटर उंचीवर
असतात. या ढगांत पाण्याचे खूप छोटे छोटे कण किंवा बर्फाचे स्फटिक असतात. कमी उंचीवरचे ढग जमिनीपासून ते १,८०० मीटर उंचीपर्यंत
राहतात. यात प्रामुख्याने पाण्याचे बारीक कण असतात.
संदर्भः
१.
ऊर्जेचे अंतरंग-०७: शून्य ऊर्जेकडे आणि ऊर्जस्वलतेकडे वाटचाल http://urjasval.blogspot.in/2010/05/blog-post_2820.html#links
२.
शुद्ध पदार्थांची प्रावस्थाचित्रे (फेज डायग्राम्स ऑफ प्युअर सब्सटन्सेस) http://www.chemguide.co.uk/physical/phaseeqia/phasediags.html
[१] एक ग्रॅम पाण्याला, प्रमाण वातावरणीय दाबावर, १ अंश
सेल्शस तापवण्याकरता आवश्यक असलेल्या ऊर्जेस एक कॅलरी ऊर्जा म्हटले जाते.
[२] एक ग्रॅम बर्फाचे,
प्रमाण वातावरणीय दाबावर, पाण्यात रूपांतरण करण्यास लागणार्‍या ऊर्जेला
घनावस्थांतरण ऊर्जा म्हटले जाते. ही ८० कॅलरी इतकी असते.
[३] एक ग्रॅम पाण्याचे,
प्रमाण वातावरणीय दाबावर, वाफेत रूपांतरण करण्यास लागणार्‍या ऊर्जेला
वायूअवस्थांतरण ऊर्जा म्हटले जाते. ही ५४० कॅलरी इतकी असते.
कोणत्याही टिप्पण्‍या नाहीत:
टिप्पणी पोस्ट करा