బాష్పీభవనం
బాష్పీభవనం లో ద్రవం ఉపరితలంపై ఉన్న అణువులు వాయు దశలోకి మారుతాయి.[1] చుట్టూ ఉన్న వాయువులో ఆవిరైపోతున్న పదార్థం యొక్క సాంద్రత ఎక్కువగా ఉంటే, బాష్పీభవనం గణనీయంగా నెమ్మదిస్తుంది. ఉదాహరణకు, తేమ నీటి బాష్పీభవన రేటును ప్రభావితం చేస్తుంది.[2] ద్రవంలోని అణువులు పరస్పరం ఢీకొనేటప్పుడు శక్తిని ఒకదానికొకటి బదిలీ చేసుకుంటాయి. ఉపరితలానికి సమీపంలో ఉన్న ఒక అణువు, ఆవిరి పీడనంను అధిగమించడానికి సరిపడా శక్తిని పొందినప్పుడు, అది ద్రవం నుండి బయటపడి చుట్టూ ఉన్న గాలిలో వాయువుగా ప్రవేశిస్తుంది.[3] బాష్పీభవనం జరిగేటప్పుడు, ద్రవం నుండి శక్తి తొలగించబడుతుంది. దాంతో ద్రవం ఉష్ణోగ్రత తగ్గి, దీనిని బాష్పీభవన శీతలీకరణ అంటారు.[4]
సగటున, ద్రవంలోని అణువులలో కొంత భాగానికే ద్రవం నుండి బయటపడేందుకు తగినంత ఉష్ణ శక్తి ఉంటుంది. ద్రవం ఆవిరైపోతూ ఉండటం, ఆవిరి తిరిగి ఘనీభవించడం సమానమయ్యే వరకు బాష్పీభవనం కొనసాగుతుంది. మూసివేసిన వాతావరణంలో, చుట్టూ ఉన్న గాలి పూర్తిగా సంతృప్తి చెందే వరకు ద్రవం ఆవిరైపోతుంది.
బాష్పీభవనం జలచక్రంలో అత్యంత ముఖ్యమైన ప్రక్రియ. సూర్యుని శక్తి (సౌరశక్తి) వల్ల మహాసముద్రాలు, సరస్సులు, నేలలోని తేమ, ఇతర నీటి వనరుల నుండి నీరు ఆవిరైపోతుంది. జలశాస్త్రంలో బాష్పీభవనం, విసర్జన (మొక్కల రంధ్రాల ద్వారా జరిగే నీటి ఆవిరీకరణ) కలిపి ఆవిరి-విసర్జన (evapotranspiration) అని అంటారు. ద్రవ ఉపరితలం గాలికి బహిర్గతమై ఉన్నప్పుడు నీటి అణువులు బయటకు వచ్చి నీటి ఆవిరిని ఏర్పరుస్తాయి; ఈ ఆవిరి పైకి ఎగసి మేఘాల ఏర్పాటుకు దోహదపడుతుంది. తగినంత శక్తి అందితే ద్రవం పూర్తిగా ఆవిరిగా మారుతుంది.
సిద్ధాంతం
[మార్చు]ఒక ద్రవంలోని అణువులు బాష్పీభవనం చెందాలంటే, అవి ద్రవ ఉపరితలానికి సమీపంలో ఉండాలి, సరైన దిశలో కదులుతూ ఉండాలి, అలాగే ద్రవ దశలో పనిచేసే అంతరాణు బలాలును అధిగమించడానికి తగినంత గతిజ శక్తి కలిగి ఉండాలి.[5] ఈ ప్రమాణాలను కేవలం కొద్ది శాతం అణువులే తీరుస్తాయి కాబట్టి, బాష్పీభవన రేటు తక్కువగా ఉంటుంది. ఒక అణువు యొక్క గతిజ శక్తి దాని ఉష్ణోగ్రతకు అనుపాతంగా ఉండటం వల్ల, అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద బాష్పీభవనం వేగంగా జరుగుతుంది. వేగంగా కదిలే అణువులు ద్రవం నుండి బయటకు వెళ్లిపోవడంతో, మిగిలిన అణువుల సగటు గతిజ శక్తి తగ్గిపోతుంది; ఫలితంగా ద్రవం ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతుంది. ఈ ప్రక్రియను బాష్పీభవన శీతలీకరణ (evaporative cooling) అంటారు. అందుకే ఆవిరైపోతున్న చెమట మానవ శరీరాన్ని చల్లబరుస్తుంది.
వాయు దశ, ద్రవ దశ మధ్య గాలి ప్రవాహం ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, అలాగే ద్రవానికి ఆవిరి పీడనం ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు బాష్పీభవనం మరింత వేగంగా జరుగుతుంది. ఉదాహరణకు, బట్టలను తాడుపై ఆరబెట్టినప్పుడు గాలివాన ఉన్న రోజున అవి ప్రశాంత వాతావరణం ఉన్న రోజుతో పోలిస్తే త్వరగా ఎండిపోతాయి. బాష్పీభవనాన్ని ప్రభావితం చేసే మూడు ముఖ్య అంశాలు: ఉష్ణం, వాతావరణ పీడనం (ఇది గాలిలోని తేమ శాతాన్ని నిర్ణయిస్తుంది),, గాలి కదలిక.
అణు స్థాయిలో చూస్తే, ద్రవ దశ, ఆవిరి దశల మధ్య ఖచ్చితమైన సరిహద్దు ఉండదు. దాని బదులుగా, దశ స్పష్టంగా నిర్ణయించలేని ఒక క్నుడ్సెన్ పొర (Knudsen layer) ఉంటుంది. ఈ పొర కేవలం కొన్ని అణువుల మందంతో మాత్రమే ఉండటంతో, స్థూల స్థాయిలో స్పష్టమైన దశ మార్పు అంతరముఖం కనిపించదు.[6]
కొన్ని ద్రవాలు నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద, నిర్దిష్ట వాయు వాతావరణంలో కనిపించే విధంగా ఆవిరి కాకపోవచ్చు (ఉదాహరణకు గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద వంటనూనె). కారణం, వాటి అణువులు పరస్పరం శక్తిని అంతగా బదిలీ చేయకపోవడం వల్ల, ఒక అణువు ఆవిరి దశలోకి మారేందుకు అవసరమైన శక్తి తరచుగా లభించదు. అయినప్పటికీ, ఆ ద్రవాలు కూడా బాష్పీభవనం చెందుతూనే ఉంటాయి; అయితే ఆ ప్రక్రియ చాలా నెమ్మదిగా జరుగుతుంది కాబట్టి అది సులభంగా గమనించబడదు.
బాష్పీభవన రేటును ప్రభావితం చేసే కారకాలు
[మార్చు]గమనిక: ఇక్కడ చుట్టూ ఉన్న వాయువుకు సాధారణ ఉదాహరణగా గాలిని ఉపయోగించారు. అయితే ఇతర వాయువులు కూడా ఇదే పాత్రను పోషించవచ్చు.
గాలిలో ఇప్పటికే ఆవిరైపోతున్న పదార్థం అధిక సాంద్రతలో ఉంటే, ఆ పదార్థం మరింత నెమ్మదిగా బాష్పీభవనం చెందుతుంది.
- గాలి ప్రవాహ రేటు
ఇది పై సాంద్రత అంశంతో కొంతవరకు సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. పదార్థంపై నిరంతరం "తాజా" గాలి (అంటే ఆ పదార్థంతో లేదా ఇతర పదార్థాలతో సంతృప్తి చెందని గాలి) ప్రవహిస్తే, గాలిలో ఆ పదార్థం యొక్క సాంద్రత కాలక్రమేణా పెరగడం తగ్గుతుంది. దీని వల్ల బాష్పీభవనం వేగవంతమవుతుంది. ఇది బాష్పీభవన ఉపరితలంపై ఉన్న సరిహద్దు పొర (boundary layer) గాలి వేగం పెరిగేకొద్దీ పలుచబడటం వల్ల జరుగుతుంది; దాంతో నిశ్చల పొరలో వ్యాప్తి దూరం తగ్గుతుంది.
- ద్రవంలో కరిగి ఉన్న ఖనిజాల పరిమాణం
ద్రవంలో కరిగి ఉన్న లవణాలు, ఖనిజాలు వంటి పదార్థాలు బాష్పీభవన రేటును ప్రభావితం చేయగలవు.
- అంతరాణు బలాలు
ద్రవ స్థితిలో అణువులను కలిపి ఉంచే బలాలు ఎంత బలంగా ఉంటే, ఒక అణువు బయటపడటానికి అంత ఎక్కువ శక్తి అవసరం అవుతుంది. దీనిని వాష్పీకరణ ఉష్ణాంశం (enthalpy of vaporization) ద్వారా సూచిస్తారు.
ఉపరితలంపై అణువులు బయటకు దూకకుండా అడ్డుకునే పీడనం తక్కువగా ఉంటే బాష్పీభవనం వేగంగా జరుగుతుంది.
- ఉపరితల వైశాల్యం
ఉపరితల వైశాల్యం ఎక్కువగా ఉన్న పదార్థం వేగంగా బాష్పీభవనం చెందుతుంది, ఎందుకంటే ప్రతి ఘనపరిమాణానికి ఉపరితలంపై ఎక్కువ అణువులు బయటపడే అవకాశాన్ని కలిగి ఉంటాయి.
- పదార్థం యొక్క ఉష్ణోగ్రత
ఉష్ణోగ్రత ఎక్కువగా ఉంటే ఉపరితల అణువుల గతిజ శక్తి పెరుగుతుంది. ఫలితంగా అవి వేగంగా బాష్పీభవనం చెందుతాయి.
- ఫోటోమాలిక్యులర్ ప్రభావం
కాంతి పరిమాణం కూడా బాష్పీభవనాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది. ఫోటాన్లు ద్రవ ఉపరితలాన్ని తాకినప్పుడు, అదనపు వేడి అవసరం లేకుండానే కొన్ని అణువులు ద్రవం నుండి విడిపోయి గాలిలోకి వెళ్లవచ్చు.[7]
ఉపయోగాలు
[మార్చు]- పారిశ్రామిక రంగంలో బాష్పీభవనాన్ని అనేక ముద్రణ, పూత (coating) ప్రక్రియల్లో, ద్రావణాల నుండి లవణాలను తిరిగి పొందడంలో, అలాగే కలప, కాగితం, వస్త్రాలు, రసాయన పదార్థాలు వంటి అనేక పదార్థాలను ఎండబెట్టడంలో ఉపయోగిస్తారు.
- నమూనాలను ఎండబెట్టడం లేదా సాంద్రీకరించడం కోసం బాష్పీభవనాన్ని ఉపయోగించడం అనేది స్పెక్ట్రోస్కోపీ, క్రోమాటోగ్రఫీ వంటి అనేక ప్రయోగశాల విశ్లేషణలలో సాధారణ సన్నాహక దశ. ఇందుకోసం ఉపయోగించే పరికరాలలో రోటరీ ఎవాపొరేటర్లు, కేంద్రాతిగ ఎవాపొరేటర్లు ఉన్నాయి.
- బట్టలను ఆరేసినప్పుడు, పరిసర ఉష్ణోగ్రత నీటి మరుగుదల స్థానం కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పటికీ, వాటిలోని నీరు బాష్పీభవనం చెందుతుంది. తక్కువ తేమ, సూర్యుడి నుంచి వచ్చే వేడి, గాలి ప్రవాహం వంటి అంశాలు ఈ ప్రక్రియను వేగవంతం చేస్తాయి. బట్టల డ్రైయర్లో వేడి గాలిని బట్టల మీదుగా పంపించడం వల్ల నీరు చాలా త్వరగా ఆవిరైపోతుంది.
- మట్కా (లేదా మట్కీ) అనేది భారతదేశంలో సాంప్రదాయంగా ఉపయోగించే రంధ్రాలుగల మట్టి పాత్ర. ఇందులో నిల్వ చేసిన నీరు, ఇతర ద్రవాలు బాష్పీభవన శీతలీకరణ వల్ల చల్లగా ఉంటాయి.
- బొతిహో (botijo) అనేది స్పెయిన్లో సాంప్రదాయంగా ఉపయోగించే రంధ్రాలుగల మట్టి పాత్ర. ఇందులోని నీరు బాష్పీభవనంతో సహజంగా చల్లబడుతుంది.
- బాష్పీభవన శీతలీకరణ పరికరాలు (evaporative coolers) నీటితో తడిసిన వడపోతపై పొడి గాలిని ప్రవహింపజేసి భవనాలను గణనీయంగా చల్లబరచగలవు.
మూలాలు
[మార్చు]- ↑ "the definition of evaporate". Dictionary.com. ఒరిజినల్ పేజీని చూసిన తేదీ: 2018-01-23.
- ↑ "Why Does Humidity & Wind Speed Affect Evaporation?". Sciencing (in ఇంగ్లీష్). 13 March 2018. ఒరిజినల్ పేజీని చూసిన తేదీ: 2022-08-20.
- ↑ "Evaporation". The New Student's Reference Work (1914). 1914. p. 636.
- ↑ Lohner, Science Buddies, Svenja. "Chilling Science: Evaporative Cooling with Liquids". Scientific American (in ఇంగ్లీష్). ఒరిజినల్ పేజీని చూసిన తేదీ: 2018-01-23.
{{cite news}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - ↑ Silberberg, Martin A. (2006). Chemistry (4th ed.). New York: McGraw-Hill. pp. 431–434. ISBN 0-07-296439-1.
- ↑ Gusarov, A. V.; Smurov, I. (2002). "Gas-dynamic boundary conditions of evaporation and condensation: Numerical analysis of the Knudsen layer". Physics of Fluids. 14 (12): 4242. Bibcode:2002PhFl...14.4242G. doi:10.1063/1.1516211.
- ↑ How light can vaporize water without the need for heat
మరింత చదవండి
[మార్చు]- Sze, Simon Min (25 September 2001). Semiconductor Devices: Physics and Technology. Wiley. ISBN 0-471-33372-7. పలుచని ఫిల్మ్లను బాష్పీభవన పద్ధతిలో నిక్షేపించడం (film deposition by evaporation) గురించి ప్రత్యేకంగా విపులమైన చర్చను అందిస్తుంది.
బాహ్య లింకులు
[మార్చు]
Media related to బాష్పీభవనం at Wikimedia Commons
