வாகை மாற்றங்கள் (phase changes) - 1

கதை, கவிதை, துணுக்கு ஆகியவற்றை நாடி இந்த வலைப் பக்கத்திற்கு வந்திருக்கும் நண்பர்கள் மன்னியுங்கள். வேறு பக்கங்களில் தான் அவற்றை நீங்கள் காண வேண்டும்.

தமிழ் என்றால் "கதை, கவிதை, துணுக்கு, கலை, திரைப்படம், அரசியல் ஆகியவற்றை எழுதுவதற்கும், பேசுவதற்கும், இன்னும் வேண்டுமானால் வீட்டில் இருக்கும் வேலைக்காரர்கள், வெளியில் உள்ள சேவைக்காரர்கள், பொதுவாகக் கூலிக்காரர்கள் ஆகியோருடன் உரையாடுவதற்கு மட்டுமே பயன்படும்" என்ற கோணற்கருத்துக் கொண்டவர்கள், இங்கு எந்தப் பலனும் பெறமாட்டார்கள். "இது இதற்கு ஆங்கிலம், இதற்கு வடமொழி, இதற்குத் தெலுங்கு, இதற்குத் தமிங்கிலம்" என்று உள்ளூறப் பாத்தி கட்டிக் கொண்டவர்களும் இங்கு பயனடைய மாட்டார்கள்.

அப்படிப் பட்டவர்கள் தயவு செய்து இன்னொரு இடம் பார்த்து நகருங்கள்; என்றேனும் மனம் மாறி தமிழில் எல்லாவற்றையும் எளிதே சொல்ல முடியும் என்று நீங்கள் கருதினால், அன்று இங்கு வந்து படியுங்கள். அப்பொழுது இந்தச் சோதனைப் பதிவு உங்களுக்குப் பயன்படக் கூடும்.

இங்கே அடிப்படைப் பூதியலையும் (basic physics), படிவுற்ற வேதியலையும் (applied chemistry) பற்றி எழுதுகிறேன். மிக எளிதாகச் சமனியரும் (>சாமான்யர்) புரிந்து கொள்ளும் வகையில் இதைத் தமிழில் சொல்லி, கொஞ்சம் கொஞ்சமாய் அவர்களை உயர்வேதிப் பொறியியலின் ஒரு பகுதியான "வாகை ஒக்கலிப்பு (phase equilibria)" வரைக்கும் கொண்டு போக முடியும் என்று உணர்த்தவே இந்தக் கட்டுரையை எழுதுகிறேன்.

தமிழில் அறிவியற் கட்டுரைகள் எழுத விழைவு மட்டுமே, நமக்கு வேண்டும்; மற்றவை தானாகவே வரும். எழுதும் போது, நான் கூறிய சொற்களைத் தான் நீங்கள் பயன்படுத்த வேண்டும் என்பது கிடையாது. ஒரே கருத்திற்கு 4 சொற்கள் வெவ்வெறு ஆட்களால் பரிந்துரைத்து வந்தால், எது ஆழமான பொருளுடன், பரந்து பட்டு, பல்வேறு பயன்பாட்டுக்கும் ஏற்ற முறையில் பொருந்தி வருகிறதோ அந்தச் சொல்லை நடைமுறையில் நிலைக்கச் செய்யும் பாங்கு பொதுத் தமிழருக்கு என்றுமே உண்டு. எனவே கவலுறாமல் தமிழில் எழுத முயலுங்கள்.

இது நீச்சல் அடிப்பது போல் தான்; முதலில் நீரில் குதியுங்கள்.

----------------------------
இந்த இயற்கையின் கூத்தைப் பார்த்திருக்கிறீர்களா?

வடக்கே வெகு தொலைவில், இமய மலையில் [வேண்டுமானால் சிம்லாவிற்கும் மேலே என்று வைத்துக் கொள்ளுங்களேன்] ஒரு ஆறு ஓடிக் கொண்டிருக்கிறது. பசந்தம் (>வசந்தம்), கோடை, இலையுதிர் என்ற மூன்று காலங்களில் நீராக ஓடும் அந்த ஆறு, குளிர்காலத்தில், நிலவும் வெம்மையைப் (hotness / temperature) பொறுத்து, ஓரோ பொழுது உறைந்தே கூடப் போய்விடுகிறது. இதற்கு மாறாய் நம்மூரில் ஓடும் ஆறோ, கோடைகாலத்தில் ஆவியாகி, ஒன்றுமே தங்காமல், முற்றிலும் வறண்டே போய்விடுகிறது. இரண்டு ஆறுகளிலும் இருப்பது நீர் தான்; இரண்டும் கடலுக்குப் போய்ச்சேருபவை தான்; இருந்தாலும், வெம்மை என்பது நீரை வெவ்வேறு விதமாய் ஆட்டிப் படைக்கிறது அல்லவா?

வெம்மையைப் போலவே நீரின் மேல் இருக்கும் அழுத்தமும் நீர்ப்பொருளை ஆட்டிப் படைக்கும். ஒரு நீர்ப் படிவின் மேல் இருக்கும் அழுத்தம் குறையக் குறைய, நீர் ஆவியாக மாறும் இயலுமை கூடிக் கொண்டே போகும். அதே போல அழுத்தம் கூடக் கூட, நீர் ஆவியாகும் இயலுமை குறைந்து கொண்டே வரும். அனல் புயவு நிலையங்களில் (thermal power stations) இருக்கும் உயரழுத்தக் கொதிகலன்களில் (high pressure boilers) நீரானது 100 பாகை செல்சியசில் ஆவியாவதில்லை. அதற்கு மேல் உள்ள வெம்மையில் தான் ஆவியாகிறது.

பொதுவாக, வெம்மையை உணரும் அளவுக்கு, மாந்தர்கள் அழுத்தத்தின் பாதிப்பைச் சட்டென்று உணருவதில்லை. அதை உணர அவர்களுக்குச் சற்று, நேரம்பிடிக்கிறது. நம்மைச் சுற்றிலும் இருக்கும் காற்று அழுத்தத்தை ஊதுமக் கோள அழுத்தம் (atmospheric pressure) என்று சூழறிவியலில் (environmental science) சொல்லுவார்கள். (இனி வரும் இடங்களில் கோள என்ற சொல்லைத் தவிர்த்தே பயன்படுத்துவோம்; ஆனால் கோளம் என்று ஊடே இருப்பதாகப் புரிந்து கொள்ளுங்கள்.) ஊதும அழுத்தத்தைக் காட்டிலும் மாந்த முயற்சியில் பலமடங்கு அழுத்தங்களையும் ஏற்படுத்த முடியும்; அதன் மூலம் புதுப்புது இயல்விளைவுகளையும் ஏற்படுத்த முடியும்.

தான் பெறும் சூடு/குளிருக்கு ஏற்ப, நீரானது ஓரிடத்தில் உறைகிறது, இன்னோர் இடத்தில் ஆவியாகிறது. உறைந்ததைப் பனிக்கட்டி என்றும், ஆவியை நீராவி என்றும் சொல்லுகிறோம். நீர்ப்பொருள் ஒன்று தான் என்றாலும், நீரின் வெம்மை, அதைச் சுற்றியிருக்கும் அழுத்தம் ஆகியவை பொறுத்து, அது பனிக்கட்டித் திண்மமாகவோ, வெறும் நீர்மமாகவோ, அல்லது நீராவியாகவோ மாறுகிறது. திண்மம் (solid), நீர்மம் (liquid), ஆவி (vapour) போன்ற உருக்களை (forms) அறிவியலில் வாகை (phase) என்று சொல்லுகிறார்கள். [வாய்ப்பது வாகு; வாகின் வழி வந்த சொல் வாகை.] இப்படி வெம்மை, அழுத்தம் ஆகியவற்றால் நீரானது வெவ்வேறு வாகைகளாய் உருமாறுவதைத் தான் வாகை மாற்றம் (phase change) என்கிறார்கள்.

இந்தக் கட்டுரையில் வாகை மாற்றம் பற்றி எளிமையாய்ச் சொல்ல முற்படுகிறேன்.

ஒரு குவளை நிறைய (25 பாகை செல்சியசு வெம்மை கொண்ட) நீரை எடுத்துக் கொள்ளுங்கள். இந்த நீர்க் குவளையை, நெருப்பாலோ, மின்னாலோ, அல்லது வேறு ஏதோ வகையாலோ, சூடுபடுத்தச் சூடுபடுத்த, நீரின் வெம்மை கூடிக் கொண்டே போகும் அல்லவா? இப்படிக் குவளை நீரில் வெம்மை கூடுவதை, ஒரு தெறுமமானியின் (thermometer) மூலம் கவனிக்க முடியும்.

வெப்பு வினையின் போது, ஒரு குறிப்பிட வெம்மை வரை, (ஆவி கூடவே எழுந்தாலும்,) நீர் நீர்மமாகவே இருக்கிறது. குறிப்பிட்டுச் சொன்னால், 85 பாகை செல்சியசு வரைக்கும் நீர் நீராகவே கொந்தளித்துக் குமிழியிட்டு, ஆவி அவ்வளவு ஏற்படாமல், வெம்மை ஏறுகிறது. ஆனால், வெம்மை 90, 95 பாகையை அடையும் போது, சடபுட என்று நீர் குமிழுவது அதிகரிக்கிறது. 100 பாகையில், வெடித்துக் கொண்டு, கன்னாப் பின்னா என்று வியக்கத்தக்க வகையில், நீர் ஆவி தொடர்ந்து நீர்ப் படிவில் இருந்து எழுகிறது. இந்த நிலையில், வெப்பத்தை எவ்வளவு கூட்டினாலும், தெறுமமானியில் வெம்மை ஏறாமல், ஆவியாதல் மட்டுமே, குவளையில் நடந்து கொண்டிருக்கும். பொதுவாக, ஒரு குறிப்பிட்ட அழுத்தத்தில், கொதிப்பு நிகழும் போது, கொதிநிலை வெம்மை (boiling temperature) மாறாது இருந்து, கொஞ்சம் கொஞ்சமாய் நீர்ம வாகையின் அளவு குறைந்து நீராவி வாகையின் அளவு கூடும், அல்லது வெளிப்படும்.

இந்தச் சூடேற்றும் வினையை, கண்ணாடிச் சுவர் பொருத்திய, மூடி உள்ள, ஒரு குடுவையில் நடத்துகிறோம் என்று வையுங்கள். இப்பொழுது வெப்பத்தைக் கூட்டக் கூட்ட நீர்மட்டத்திற்கு மேலிருந்த காற்று வெளியேறி, குடுவைக்குள் நீர்மட்டத்திற்கு மேல் முற்றிலும் நீராவி மட்டுமே பரந்து இருக்கும். இன்னும் வெப்பம் அதிகரிக்கும் போது, குடுவியின் மேலிருந்து நீராவி தொடர்ச்சியாய் வந்து குழாயின் வழி வெளியேறும். இப்பொழுது வெளியேற்றுக் குழாயில் ஓர் ஆதமாற்று வாவியைப் (automatic valve) பொருத்தி, குடுவையில் பேண நினைக்கும் அழுத்தத்திற்கு ஏற்ப, ஆவியை வெளியே விட்டு, குடுவை அழுத்தத்தைச் சீராக ஒருங்குற வைத்திருக்கலாம். இந்த நிலையில் குடுவை அழுத்தத்தை, ஓர் ஊதும அழுத்தத்திற்கே, கட்டுப் படுத்தினால், நீரானது 100 பாகை செல்சியசில் கொதித்து ஆவியாகும். மாறாக 3 மடங்கு ஊதும அழுத்தத்தில் கட்டுப் படுத்தினால், கொதிப்பு 134 பாகையில் ஏற்படும். இதற்கும் மாறாக, 0.76 மடங்கு ஊதும அழுத்தத்தில் கட்டுப் படுத்தினால், கொதிப்பு 92.1 பாகையில் ஏற்படும்.

இப்படி ஒவ்வோர் அழுத்தத்திற்கும் ஒரு குறிப்பிட வெம்மையிலேயே நீர் கொதிப்பதை கொதிநிலைச் சுருவை (boiling point curve) என்று சொல்லுவார்கள்.

அடுத்த பகுதியில் வெவ்வேறு வாகைகளையும், மாற்றங்களையும், பார்ப்போம்.

அன்புடன்,
இராம.கி.