उन्हाळ्यात मातीच्या माठातील पाणी खूप थंड होऊन बर्फ बनू शकेल का?

Submitted by atuldpatil on 8 April, 2019 - 14:35

न्हाळा सुरु झालाय. पाणी साठवण्यासाठी मातीचे माठ विक्रीस आलेत ते अनेकांनी विकत घेतले असतील, तर इतर अनेक जणांनी मागच्या वर्षी उन्हाळ्यानंतर पोटमाळ्यावर ठेऊन दिलेले माठ वापरायला काढले असतील. आजकाल घरोघरी फ्रीज आहेत. पण माठातल्या नैसर्गिकरित्या थंड झालेल्या पाण्याची गोडी वेगळीच. गमतीचा भाग असा कि फ्रीजमध्ये थंडावा निर्माण करण्यासाठी उर्जा लागते (इलेक्ट्रिसिटी) पण हेच या मातीच्या माठात मात्र कोणतीही उर्जा खर्च न करता अगदी फुकटात पाणी थंडगार करून मिळते. असे काय असते बुवा या माठात? उन्हाळ्यात मातीच्या माठातील पाणी थंड का राहते? तसा हा जुनाच प्रश्न आहे. आपल्यापैकी अनेकांना शाळेत असताना याचे उत्तर अभ्यासलेले आठवतही असेल. एक ठराविक साच्यातले उत्तर असायचे. "मातीच्या सछीद्र भांड्यातून झिरपत बाहेर आलेल्या पाण्याच्या थेंबांच्या बाष्पीभवनासाठी या भांड्यातील पाण्यातून उर्जा घेतली जाते. त्यामुळे भांड्यातील पाणी थंड होत जाते". आठवते हे उत्तर? माध्यम कोणतेही असो. इंग्रजी असो वा मराठी. उत्तर मात्र तेच. शाळा कोलेजात असताना मी जेंव्हा जेंव्हा हे उत्तर वाचले होते तेंव्हा तेंव्हा माझ्या मनात अनेक प्रश्न उपस्थित झाले होते:

१. बाहेरच्या वातावरणात इतकी उष्णता उपलब्ध असताना या झिरपत आलेल्या पाण्याच्या थेंबांना बाष्पीभवनासाठी माठातल्या पाण्यातून उर्जा घेण्याची गरज का भासावी?
२. उन्हाळ्यात शेतात झाडाखाली ठेवलेल्या माठातील पाणी घरात ठेवलेल्या माठातील पाण्याहून अधिक थंड होते. ते का?
३. पाणी ठराविक प्रमाणातच का थंड होते? अजून अजून अजून थंड होत जाऊन अखेर त्याचे बर्फ का बनत नाही?
४. बाहेर जितके उष्ण वातावरण असेल तितके आतले पाणी अधिक थंड होत जाते. असेच जर घडत असेल तर यामागे जे काही मुलभूत तत्व दडले आहे ते शोधून काढून त्याचा पुरेपूर वापर करून, "उष्णता देऊन पाण्याचा बर्फ करता येईल" असे एखादे उपकरण वजा भांडे का बनवता येऊ नये?

माझ्याच काय किंबहुना अनेकांच्या मनात हे व अशासारखे प्रश्न आले असतीलच. त्यातल्या त्यात पहिल्या प्रश्नाने तर डोके अगदी भंडावून सोडले होते. आणि शेवटच्या प्रश्नातील कल्पना तर भन्नाटच होती. या तंत्रावर आधारित बनवलेल्या विशिष्ट अशा भांड्यात/उपकरणात पाणी भरायचे. ते चुलीवर/गॅसवर ठेवायचे. उष्णता द्यायची. कि पाच मिनिटात झाला बर्फ तयार. आहे ना भन्नाट? पण महाशय, असे भांडे आजवर तरी कोणी बनवलेले नाही. म्हणजे उन्हाळ्यातल्या उष्म्याने भलेही माठातील पाणी थंड होत असले तरी त्याच तत्वाचा उपयोग करून पाणी चुलीवर ठेऊन त्याचा बर्फ बनवणे हि गोष्ट इतक्या थेटपणे साधता येण्याजोगी नक्कीच नसणार.

शाळेत असताना त्या काळात फार फार मर्यादित माहितीस्त्रोत उपलब्ध होते. त्याद्वारे या प्रश्नांची समाधानकारक उत्तरे कधीच मिळाली नाही. पण आजच्या इन्टरनेट युगाला धन्यवाद द्यावे तितके थोडेच. या विषयावर वेगवेगळे फोरम्स, ब्लॉग्स तसेच विकिपीडिया, युट्युब सारख्या वेबसाईट्सवर विविधअंगांनी विश्लेषण करणारे जे विवेचन उपलब्ध आहे ते वाचून माठातले पाणी थंड होण्याची हि प्रक्रिया अणुरेणूंच्या पातळीवर नक्की कशी घडते हे मी समजून घेतले व वरील प्रश्नांची वैज्ञानिकदृष्ट्या तर्कसंगत आणि समाधानकारक उत्तरे मिळवली. तीच इथे आपल्यासमोर मांडत आहे.

पदार्थाचे तापमान आणि त्याची अवस्था या गोष्टी अणुरेणूंच्या पातळीवर नक्की काय असतात?
प्रत्येक पदार्थाच्या मूलकणांत(अणू/रेणू) आकर्षणाचे बंध असतात. या बंधांची ताकद किती आहे त्यानुसार त्या पदार्थाची अवस्था अवलंबून असते. जसे कि घनपदार्थातील मूलकणांत हे बंध मजबूत असतात तर वायूच्या बाबतीत ते फार क्षीण असतात. या आकर्षणाच्या बंधांबरोबरच हे मूलकण सदोदित हालचालसुद्धा करत असतात (Brownian motion). एकमेकांवर आदळत असतात.
brownian-motion-vivaxsolutions.gif
पदार्थ उष्ण होतो (किंवा तापमान वाढते) तेंव्हा या कणांची उर्जा वाढते. ते अधिक वेगाने हालचाल करू लागतात आणि त्याचमुळे त्यांच्यातील बंधसुद्धा कमकुवत होतात. मूलकणांतील बंध कमकुवत झाल्याने पदार्थाची अवस्था बदलते. उष्णतेमुळे घनपदार्थाचे द्रव किंवा वायूत रुपांतर होते, तसेच द्रवपदार्थाचे वायूत रुपांतर होते. उदाहरणार्थ, उष्णतेमुळे बर्फाचे पाणी होते आणि पाण्याची वाफ होते इत्यादी. (याच्या अधिक तपशिलात जायला नको कारण हा मोठा आणि वेगळा विषय आहे. पण आपल्या विषयासंदर्भात इतके समजणे पुरेसे आहे)

पाणी नेहमी खोलीच्या तापमानापेक्षा थंड का असते?
आपण नेहमी अनुभवतो कि आपण राहत असलेल्या खोलीतील सर्व वस्तूंचे तापमान जवळजवळ सारखेच असते. पण याच खोलीत जर पाणी ठेवले असेल (बादलीत, तांब्यात वा पेल्यात) तर ते मात्र खोलीतल्या सर्वसाधारण तापमानापेक्षा थोडे थंडच असते. असे का बरे होत असेल? पाणी नेहमीच आजूबाजूच्या तापमानापेक्षा थंड का असते? याचे कारण वरच्या परिच्छेदात दडले आहे. पाण्याचे मूलकण (रेणू) एकमेकांवर आदळत राहतात. जे रेणू बादली, तांब्या वा पेल्याच्या बाजूला धडकतात ते त्या बाजूच्या धातूच्या कणांना धडकून पुन्हा मागे येतात. अशा रीतीने पाण्यातली उर्जा (तापमान) पाण्यातच राहते.

पण जे रेणू वरती पाण्याच्या पृष्ठभागावर असतात त्यांचे काय? पाण्याच्या पृष्ठभागावर असलेल्या रेणूंना आजूबाजूला व खाली असलेल्या इतर रेणूंचे बंध ओढून धरत असतात. यालाच पाण्याचा पृष्ठभाग तणाव (Surface Tension) असे म्हटले जाते. पण काही रेणूंमध्ये हे बंध तोडण्याइतकी उर्जा असते. असे रेणू पाण्याच्या पृष्ठभागावरील हवेला जेंव्हा धडकतात त्यातले बरेचसे हे बंधन तोडून हवेमध्येच मिसळून जातात. खोलीतली हवा कोरडी असेल तर त्यात पाण्याच्या रेणूंसाठी भरपूर जागासुद्धा उपलब्ध असते. मग असे उसळी मारणारे पाण्याचे रेणू तिथे सहज सामावून जातात. असे उर्जा असलेले रेणू एकदा पाण्याबाहेर निघून गेले कि मागे उरतात ते कमी उर्जा (हालचाल) असलेले रेणू. पण एकमेकांतील बंधांपुढे त्या क्षीण उर्जेचा निभाव लागत नाही व हे रेणू पाण्यातच राहतात. अशा रीतीने पाण्याचे तापमान (म्हणजेच पाण्यातील रेणूंच्या ठायी असलेली उर्जा) खोलीच्या तापमानापेक्षा थोडे कमी होऊन स्थिर होते. यालाच इंग्लिशमध्ये Evaporation Cooling असा शब्दप्रयोग आहे. हेच पाणी जेंव्हा आपण आपल्या अंगावर ओततो तेंव्हा त्वचेवर त्याचा पातळ थर तयार होतो. जाडी पातळ असल्याने रेणूंमधील बंध अजून क्षीण होतात आणि त्वचेच्या मूलकणांच्या उर्जेमुळे (साध्या शब्दांत 'त्वचेची उष्णता') पाण्याचे सर्व रेणू भराभर हवेत मिसळून जातात (बाष्पीभवन). त्वचेतील उष्णतेचा असा ऱ्हास झाल्याने आपल्याला थंड वाटते. निसर्ग हेच तत्व आपल्या शरीरात सुद्धा वापरतो आणि आपले शरीर थंड ठेवतो. उन्हाळ्यात घाम येतो त्याचे कारण हेच आहे. या घामाच्या पाण्याच्या रेणूंचे बाष्पीभवन होते व आपल्याला थंड वाटते.
water_evaporates.gif
काही द्रवपदार्थांमध्ये हे रेणूंमधले बंध अजून क्षीण असतात. उदाहरणार्थ अ‍ॅसिटोन, स्पिरीट इत्यादी. असे पदार्थ जेंव्हा उघडे ठेवले जातात तेंव्हा हि क्रिया अजून जलद गतीने होते आणि भांड्यातील सर्व द्रव भरभर उडून जाऊन अखेर भांडे थंडगार होते.

मातीच्या भांड्यात ठेवलेले पाणी अजून थंड का होते?
इतके सगळे मुलभूत ज्ञान मिळाल्यानंतर आता येऊ मूळ प्रश्नाकडे. मातीच्या भांड्यात पाणी अजून थंड का होते?
mud_pot_remain_cool.serendipityThumb.JPG
हातात हात घालून ग्रुपने जेंव्हा तुम्ही जत्रेतील गर्दीत वाट काढत घुसता तेंव्हा गर्दीमुळे आपसूकच सर्वांचे एकमेकांना पकडलेले हात सुटतात. अगदी तसेच इथे घडते. इथे गंमत अशी होते कि भांड्याच्या मातीच्या रेणूंमधून वाट काढत पाण्याचे उर्जायुक्त रेणू जेंव्हा बाहेर येतात तेंव्हा त्यांच्यातील बंध आपसूकच कमी होतात. आणि वर सांगितल्याप्रमाणे बाहेर असलेल्या कोरड्या हवेत हे रेणू पट्कन मिसळून जातात (कारण बंध खूप क्षीण झालेले असतात). उर्जा असलेले रेणू असे निघून गेल्याने भांड्यातील पाण्याची उर्जा (उष्णता) कमी होते. पाणी थंड होते. हि क्रिया वारंवार घडत राहते. सर्वाधिक हालचाल करणारे उर्जा असलेले पाण्याचे रेणू जसजसे बाहेर जात राहतात, तसतशी पाण्यातली उर्जा (उष्णता) कमी कमी होत जाते. पाणी थंड होते. एका क्षणी पाण्यातील रेणूंची उर्जा इतकी कमी होते कि ते मातीच्या कणांमधून वाट काढत बाहेर येऊ शकत नाहीत. तिथे तापमान स्थिर होते. पाणी त्याहून जास्त थंड होऊ शकत नाही.

म्हणजे अधिक उर्जा असलेले पाण्याचे रेणू बाहेर काढायचे आणि त्यांचे बाहेरच्या बाहेर बाष्पीभवन करून टाकायचे, कि पाण्यात फक्त कमी उर्जेचे रेणू राहतील म्हणजेच पाणी थंड होईल. असे ते तंत्र आहे. असेच असेल तर मग यासाठी मातीचेच भांडे कशाला हवे हा प्रश्न तुमच्या मनात येईल. अगदी बरोबर आहे. आपल्यापैकी अनेकांनी उन्हाळ्याच्या दिवसांत काही मोठ्या वाहनांना बाहेर समोरच्या बाजूला अडकवलेल्या पाण्याने भरलेल्या कापडी पिशव्या पाहिल्या असतील. त्यांना Desert water bag किंवा Canvas water bag असे म्हणतात.
canvaswaterbag.jpg
या पिशव्यांमध्ये हिच क्रिया घडते. पण वाहनाच्या वेगामुळे हवा प्रचंड वेगाने या पिशवीला धडकत राहते आणि बाहेर आलेले पाण्याच्या थेंबांचे त्वरेने बाष्पीभवन होते. त्यामुळे आतील पाणी वेगाने थंड होत जाते.

हुश्श्य! सगळे तत्व कळले तर एकदाचे. आता आपल्याला पडलेल्या प्रश्नांची उत्तरे आपणच देऊ.

प्रश्न १. बाहेरच्या वातावरणात इतकी उष्णता उपलब्ध असताना या झिरपत आलेल्या पाण्याच्या थेंबांना बाष्पीभवनासाठी माठातल्या पाण्यातून उर्जा घेण्याची गरज का भासावी?
उत्तर: माठातल्या पाण्यातील उर्जा पाण्याच्या रेणूंना बाहेर ढकलण्यासाठी वापरली जाते. प्रत्यक्ष बाष्पीभवन बाहेरची हवा किती कोरडी आहे व तिचे तापमान काय आहे यावर अवलंबून असते. म्हणूनच थंड व दमट हवेत माठातील पाणी थंड होऊ शकत नाही.

प्रश्न २. उन्हाळ्यात शेतात झाडाखाली ठेवलेल्या माठातील पाणी घरात ठेवलेल्या माठातील पाण्याहून अधिक थंड होते. ते का?
उत्तर: घरात वाहती हवा नसते. त्यामुळे माठाबाहेरच्या थेंबांचे बाष्पीभवन झाले कि माठाभोवताली आर्द्र हवेचा थर जमतो. खोलीतल्या मंद हलणाऱ्या हवेने हा थर लवकर हलत नाही. परिणामी बाष्पीभवनाचा वेग कमी होतो. हेच उन्हाळ्यात शेतात झाडाखाली कोरड्याठाक हवेचा झोत सतत वाहत असतो. अशा हवेत माठ असेल तर माठाबाहेर येणाऱ्या पाण्याच्या थेंबांचे वेगाने बाष्पीभवन होते व त्यामुळे माठातील पाणी अधिक थंड होते.

प्रश्न ३. पाणी ठराविक प्रमाणातच का थंड होते? अजून अजून अजून थंड होत जाऊन अखेर त्याचे बर्फ का बनत नाही?
उत्तर: याचे उत्तर वरील चर्चेच्या ओघात येऊन गेले आहे. पाण्याच्या रेणूंच्या ठाई असलेल्या गतीज ऊर्जेमुळे हे कण माठाबाहेर येतात. त्यामुळे आतील पाण्याची एकूण उर्जापातळी कमी होते. पाणी थंड होते. असे वारंवार घडते. एका क्षणी पाण्यातील रेणूंची उर्जा इतकी कमी होते कि ते मातीच्या कणांमधून वाट काढत बाहेर येऊ शकत नाहीत. तिथे तापमान स्थिर होते. पाणी त्याहून जास्त थंड होऊ शकत नाही. याशिवाय काही प्रमाणात उष्णता उर्जा बाहेरील वातावरणातून भांड्यात जाते. हे सुद्धा त्यामागचे एक कारण आहे. खोलीत शून्याला थोडेफार जवळपास तापमान असेल आणि हवेत अजिबात आर्द्रता नसेल तर माठातल्या पाण्याचे बर्फ होऊ शकते.

प्रश्न ४. बाहेर जितके उष्ण वातावरण असेल तितके आतले पाणी अधिक थंड होत जाते. असेच जर घडत असेल तर यामागे जे काही मुलभूत तत्व दडले आहे ते शोधून काढून त्याचा पुरेपूर वापर करून, "उष्णता देऊन पाण्याचा बर्फ करता येईल" असे एखादे उपकरण वजा भांडे का बनवता येऊ नये?
उत्तर: याचे उत्तर वरील दीर्घ चर्चेतून कळण्यासारखे आहे. त्यामुळे हे वाचकांवर सोपवतो Happy

(लेखात वापरलेली सर्व प्रकाशचित्रे अंतरजालावरून साभार)

संदर्भ:
1. https://en.wikipedia.org/wiki/Brownian_motion
2. https://www.new-learn.info/packages/clear/thermal/buildings/passive_syst...
3. https://physics.stackexchange.com/questions/256189/will-water-cool-faste...
4. https://physics.stackexchange.com/questions/64716/how-does-an-earthen-po...
5. https://www.quora.com/How-does-the-water-kept-in-an-earthen-pot-become-c...
6. https://physics.stackexchange.com/questions/97959/how-does-a-canvas-wate...

विषय: 
Group content visibility: 
Public - accessible to all site users

दोन टप्प्यात वाचून आता हा लेख संपवला. खूपच माहितीपूर्ण आहे. मुलांना नक्कीच वाचून दाखवायला आणि चर्चा करायला हवा. बऱ्याच 'का' आणि 'कसं'ची उत्तर मिळाली

किरणुद्दीन, वावेंनी उत्तर दिलंच आहे.
latent heat ला सुप्त उष्मा म्हणता येईल बहुतेक.
अतुल धन्यवाद.
शशिराम, अतुल, मी आता ती कंपनी सोडलीय, तेव्हा फोटो / व्हिडीओ घेतले नव्हते. परत कधी हा प्रयोग करण्याचा योग आलाच तर व्हिडिओ शूट करेन.

वाफ होताना द्रवाची लेटन्ट हीट ही उष्णकडून थंड कडे वाहत असते. रेफिरेजरेशन मधे ही क्रिया रिव्हर्स आहे अशी कल्पना करावी लागते. मातीच्या मडक्यातल्या पाण्याचे तापमान न वाढता उष्णतेने त्याचे बाष्प होते. उष्णता वाफेसोबत बाहेर च्या थेंबांमधे असते. त्याला आजूबाजूचे तुलनेने कमी तापमानावरचे वारे स्पर्श करते. त्यामुळे वा-याचे तापमान वाढून बाष्पाची उष्णता वा-यासोबत वाहून जाते. हे चक्र चालू राहीले की माठातले पाणी हळू हळू थंड होत जाते.

कधी काळी वाचले होते. आज त्यावर. काही चुका मुका झाल्या असतील तर या मावळ्याला सांभाळून घ्या.

उष्णता देऊन पाण्याचा बर्फ = अ‍ॅब्सॉर्प्शन रेफ्रिजेटर https://en.wikipedia.org/wiki/Absorption_refrigerator
किंवा चिलर्स

मॉस्किटो कोस्ट नावाच्या पॉल थेरॉच्या कादंबरीत मुख्य पात्र अ‍ॅली अश्या प्रकारचा फ्रीज बनवून आदीम जमातींना तो देण्याचा मागे असतो. त्याची आठवण आली.

राजेश १८८ माठातील पाण्याचा बर्फ बनू शकतो. माठ पाणी भरून दहा तास दहा फूट खोल बर्फामध्ये पुरुन ठेवायचा. किती सोप्पंय.

माझ्या मते माठ सच्छिद्र असल्याने सरफेस टेन्शन मुळे पाण्याचा पातळ थर पृष्ठभागावर तयार होतो. आतलं तपमान जास्त असते व वाहत्या हवेचे तपमान कमी असून humidity कमी असते तेव्हाच माठातील पाणी थंड होईल. आपली त्वचा माठासारखी पोरस असते . धर्मबिंदू लवकर उडून जाण्यासाठी आपण फास्ट पंख्याखाली बसतो परिणामी शरिराचे तपमान कमी होते. उलट हिवाळ्यात घाम येत नाही. शरिरातील उष्णता उडून जाऊ नये म्हणून उष्णतारोधक कपडे आपण वापरतो. मुंबई सारख्या ठिकाणी आर्द्रता खूप जास्त असते त्यामुळे घाम उडून जाण्यासाठी सतत पंखा लावावा लागतो किंवा एसी लावून बाहेरील तपमान कमी ठेवावे लागते.

मानव जी मला एवढेच सांगायचे होते की आपण म्हणता व्हॅकूम पंपाच्या सहाय्याने बर्फ बनवणं खूप खर्चिक आहे , मी फक्त नैसर्गिक फुकटची उर्जा पवनचक्की, पाणचक्की सारखी साधनं वापरून तसले यंत्र चालविता येईल का हे सुचवलं होतं. तुमचं मत काय आहे?

चांगला लेख आणि चर्चा.

आपण रणरणत्या उन्हातून चालून आल्यावर जेंव्हा चेहरा, हात, पाय धुवून ते कोरडे न करता चालू पंख्याखाली बसतो तेंव्हा आपल्याला थंडावा मिळतो (पंखा बंद असेल अथवा वारा अजिबात नसेल तर इतका थंडावा मिळत नाही). या प्रक्रियेत नेमके काय घडते ज्यामुळे आपल्याला थंडावा जाणवतो? माझा असा अंदाज आहे की शरीरातील उष्णता त्वचेच्या संपर्कात आलेल्या व तुलनेत थंड असलेल्या पाण्याच्या रेणूंकडे स्थलांतरीत होते. पंख्याच्या किंवा वार्‍याच्या झोताने हे (आता तिथल्या त्वचेच्या) तुलनेत उष्ण झालेले पाण्याचे रेणू बाष्प होऊन हवेत विरतात. परिणामी त्यांनी शरीरातून घेतलेली उष्णता शरीरापासून दूर होते. हवेत विरलेल्या पाण्याच्या रेणूंची त्वचेवरील जागा दुसरे थंड रेणू घेतात. आणि त्वचेवरील सगळे पाणी सुकेपर्यंत हे असेच चालू राहिल्याने शरीराचे तपमान हळूहळू कमी होते.

जाणकारांनी अधिक माहिती द्यावी.

छानच माहिती ! आवडला लेख .. अजून असे लेख येउदेत !
@ वावे, @ किरणुद्दीन लेटंट हीट म्हणजे बर्फाचं पाणी होताना सेम तापमान राहून जी ऊर्जा शोषली जाते तीच ना? >> त्याला सुप्त उष्णता किंवा अप्रकट उष्णता म्हणतात

उष्णतेमुळे एखाद्या पदार्थाचे घनातून द्रवामध्ये किंवा द्रवातून वाफेमध्ये अवस्थांतर होत असताना त्याचे तापमान व दाब वाढत नाही, कारण मिळालेली सर्व उष्णता अवस्थांतर करण्याच्या कामीच खर्च होते. म्हणून अशा उष्णतेस सुप्त उष्णता म्हणतात

latent heat / सुप्त उष्णता / अप्रकट उष्णता <<< हे वाचताना आठवले - शाळेत यासंबंधी असलेल्या अभ्यासक्रमात (बर्फ, उष्णता, सापेक्ष आर्द्रता इ संबंधीच्या प्रकरणात) अजून एक संज्ञा होती, मला ती तेंव्हा पहिल्यांदाच ऐकायला मिळाली होती त्यामुळे लक्षात राहिलेली आणि शाळेनंतरही कधी कधी आठवत राहायची. नेमकी संज्ञा आता आठवत नाही. आठवली तर इथे देतो. कदाचित ती latent heat संबंधी असू शकेल.

थोडेसे अवांतर.
फ्रिज मध्ये जे वायु खेळविले जातात, त्यांच्यावर दाब देऊन द्रव अवस्थेत आणले जातात . परत वायू अवस्थेत येताना उष्णता शोषतात . ही उष्णता बाहेर वातावरणात सोडतात, बाहेरील उष्णता आत जाऊ नये म्हणून उष्णतारोधक फोमसारखे पदार्थ वापरतात. याऐवजी पदार्थ सीलबंद पेटीत ठेवून ती पेटी पाण्यात बुडवून ठेवली व व्हॅकूम पंपाने दाब कमी केला तर तोच परिणाम मिळेल काय?

गजानन आपण दिलेल्या उदाहरणावरून हा लेख आपणास खूप चांगला समजला आहे..सेम कार्य माठाचे चालते.

अतुलजी छान लेख. माठातील पाणी थंड होण्याची क्रिया थर्मोच्या दुसर्‍या नियमात कशी बसेल याचा मी विचार करतोय.

>> लेटन्ट हीट ला काय म्हणतात ?

वर काही प्रतिसादांतून उल्लेखल्या प्रमाणे "पाण्याचा अप्रकट उष्मा" असाच शब्दप्रयोग पाठ्यपुस्तकांत आहे. उष्णता देत राहिले असता एका क्षणी तापमान स्थिर राहते मात्र अवस्था बदलत असते (बर्फाचे पाणी किंवा पाण्याची वाफ).

>> अ‍ॅब्सॉर्प्शन रेफ्रिजेटर

@टवणे सर खूपच इंटरेस्टिंग गोष्ट सांगितलीत. मला हे वाचनात आले नव्हते. पण यामध्ये आणि आपण नेहमी वापरतो त्या फ्रीजमध्ये (कॉम्प्रेसर रेफ्रिजेटर) फरक इतकाच आहे म्हणे कि...
कॉम्प्रेसर रेफ्रिजेटर मध्ये द्रवरूप गॅस दाब मुक्त झाल्यावर पुन्हा दाब देऊन त्या गॅसला पुन्हा द्रवस्थितीत आणतात तर
अ‍ॅब्सॉर्प्शन रेफ्रिजेटर मध्ये तो गॅस एका द्रवात मिसळून ते तापवतात आणि ती वाफ (द्र्वातून मुक्त गरम झालेला गॅस) सांद्रिभवन करून पुन्हा त्याचे द्रवरूप गॅस मध्ये रुपांतर होते.... असे काहीसे
"उष्णता देऊन पाण्याचा बर्फ" म्हणताना माझी कल्पना होती कि जे सध्याचे मातीचे भांडे आहे तेच फक्त त्याची इफिशियन्सी उष्णता देऊन वाढवायची (पाण्याचे थेंब बाहेर येणे आणि त्याचे बाष्प होईल इतकीच उष्ण पुरवणे)
पण असे केल्याने पाण्याचे तापमान बर्फ होण्याइतके नसले जरूर खूप कमी होईल असे वाचले.

>> नैसर्गिक फुकटची उर्जा पवनचक्की, पाणचक्की सारखी साधनं वापरून तसले यंत्र चालविता येईल का

माझ्याही मनात हेच आले होते. पण मानव यांनी जे सांगितले आहे त्यावरून माझा अंदाज आहे कि यासाठी खूपच उर्जा लागत असावी (सामान्य तापमानाला पाण्याची वाफ होईल इतका दाब कमी करण्यासाठी)

इथे पॅडलने चालवता येईल अशा फ्रीजची चर्चा केली आहे:

https://www.quora.com/Will-this-DIY-pedal-powered-fridge-work

त्यात हाच मुद्दा त्यांनी घेतलाय. खूपच इंटरेस्टिंग आहे.

>> आपण रणरणत्या उन्हातून चालून आल्यावर जेंव्हा चेहरा, हात, पाय धुवून ते कोरडे न करता चालू पंख्याखाली बसतो तेंव्हा आपल्याला थंडावा मिळतो ... या प्रक्रियेत नेमके काय घडते...

गजानन, याचे उत्तर धाग्यात आलेलेच आहे:
जेंव्हा आपण आपल्या अंगावर पाणी ओततो तेंव्हा त्वचेवर त्या पाण्याचा पातळ थर तयार होतो. जाडी पातळ असल्याने रेणूंमधील बंध अजून क्षीण होतात आणि त्वचेच्या मूलकणांच्या उर्जेमुळे (साध्या शब्दांत 'त्वचेची उष्णता') पाण्याचे सर्व रेणू भराभर हवेत मिसळून जातात (बाष्पीभवन). त्वचेतील उष्णतेचा असा ऱ्हास झाल्याने आपल्याला थंड वाटते.

>> फ्रिज... पदार्थ सीलबंद पेटीत ठेवून ती पेटी पाण्यात बुडवून ठेवली व व्हॅकूम पंपाने दाब कमी केला तर तोच परिणाम मिळेल काय?

मला हा प्रश्न नीट कळला असेल तर, आपण थोडक्यात मानव यांनी सांगितलेल्या तंत्राचा वापर करून फ्रीज बनवायचा असे विचारत आहात का? हो परिणाम नक्कीच तो मिळेल. पण ते नेहमीच्या फ्रीज इतके किफायती असणार नाही (कारण वर सांगितले आहे, उर्जा फार लागेल)

>> माठातील पाणी थंड होण्याची क्रिया थर्मोच्या दुसर्‍या नियमात कशी बसेल

मूलकणांच्या गतीज उर्जांच्या टर्म्स मध्ये विचार केला तर? आजूबाजूची हवा गरम असते म्हणजे तिच्या कणांची गतीज उर्जा खूप असते. त्यातली काही भांड्याबाहेर आलेल्या कणांना मिळते. त्यामुळे हवेच्या कणांची गतीज उर्जा कमी झाली.

आता इथे एकूण सिस्टीमचा विचार करता आतील पाण्याच्या आणि बाहेरील हवेच्या दोन्हींच्या कणांची गतीज उर्जा कमी झाली (दोन्हींचे तापमान कमी झाले) आणि त्याबदल्यात भांड्याबाहेर आलेल्या कणांची उर्जा वाढल्याने त्यांचे बाष्प (स्थित्यंतर) झाले. म्हणजे सिस्टीम ची एकूण उर्जा तितकीच राहिली पण स्थित्यंतर झल्याने entropy वाढली. बरोबर आहे का?

>> लेख आवडला, मुलांनाही वाचून दाखवणार
>> मुलांना नक्कीच वाचून दाखवायला आणि चर्चा करायला हवा. बऱ्याच 'का' आणि 'कसं'ची उत्तर मिळाली
>> मस्त लेख आहे, मुलीला नक्कीच वाचायला देते.

_/\_ अशा प्रतिक्रिया हुरूप वाढवतात. लेख आवडलेल्या सर्वांना मन:पूर्वक धन्यवाद.

अतुलजी

मला तुमच्या या मेहनतीचे खूप कौतुक वाटले. तुम्ही अभियंता आहात असे मी गृहीत धरले आहे. कदाचित सायन्स स्कॉलर असाल. किंवा माझा अंदाज चुकीचाही असेल.
तुम्ही जे लि हीले आहे ते सगळे योग्य आहेच. पण विचारलेला प्रश्न ( विषय) आणि त्याच्या उत्तराच्या दृष्टीने याचा बराचसा भाग निरूपयोगी आहे. खरे तर लेख वाचताना शेवटपर्यंत येताना आणि प्रतिसाद लिहीताना बरंचसं विसरायला होतंय.

पदार्थांचे गोठनबिंदू किंवा गोठनांक जो काही शब्द असेल तो. हा खूप महत्वाचा. पाण्याचा शून्य आहे. पाण्याचे बर्फ बनण्यासाठी उष्णतेच्या नियमानुसार पाण्याची उष्णता सध्याच्या तापमानापेक्षा खाली आली पाहीजे. म्हणजेच पाण्यात असलेली उष्णता इतकी बाहेर फेकली गेली पाहीजे की पाणू शून्य तापमानावर येईल. ही उष्णता अशा द्रवपदार्थाला देता येऊ शकते ज्याचा गोठनबिंदू शून्यापेक्षा बराच खाली आहे. थोडक्यात शून्याखालीही तो प्रवाही असेल. पाण्याची उष्णता घेतल्यावर त्याचे बाष्प बनेल. ते बाष्प बाहेरच्या हवेच्या संपर्कात आले तर उष्णता बाहेर फेकता येईल. पण दुर्दैवाने बाहेरची उष्णता द्रवाच्या उष्णतेपेक्षा कमी असेल. त्यामुळे त्यावर दाब द्यावा लागतो. म्हणजेच (आता सरळ इंग्रजी शब्द) कॉम्प्रेस करावे लागेल. त्यामुळे पाण्याला थंड करण्यासाठी जो द्राव आपण घेत असू त्याची पाण्याची उष्णता घेतल्यावर वाफ बनते. दाब दिल्यावर त्या वाफेची उष्णता बाहेरच्या उष्णतेपेक्षा जास्त होते. हवेच्या संपर्कात आल्यावर ही उष्णता बाहेर फेकली जाते. तिथे नळ्या असतात. ज्यामुळे संपूर्ण वाफ थंड होऊ लागते आणि दाब देण्याच्या आधीच्या अवस्थेला येऊ लागते. अशा रितीने ते पुन्हा पाण्यापेक्षा थंड होते.

हे बेसिक रेफ्रिजरेशन सायकल आहे. माठाच्या पाण्याचा बफ तेव्हांच होईल जेव्हां बाहेरच्या हवेचं तापमान खूप कमी होईल.
(माहीत असेल तर क्षमस्व. पण इथे ते यायला हवं होतं असं मला वाटलं)

थोडे अवांतर .
माठ हवाबंद केला तर पाणी थंड होण्याच्या वेळेत आणि प्रमाणात फरक पडेल का .

माठा चा आकार किती मोठा आहे ह्याच्या वर पाणी किती थंड होईल हे अवलंबून आहे का.

कोणताही द्रव पदार्थ पाण्यासारखा च थंड होईल का

किरणुद्दीनजी, दीर्घ प्रतिसाद आवडला. मी स्कॉलर वगैरे नाही. एखाद्या विषयावर विविध संकेतस्थळे धुंडाळून त्याची विविधअंगाने माहिती मिळवायला आणि इतरांशी चर्चा करायला आवडते इतकेच.

आपला मुद्दा ध्यानात आला. पारंपारिक रेफ्रिजरेशन पद्धतीने पाण्याचे (वा इतर पदार्थांचे) तापमान कमी आणणे यासाठी कॉम्प्रेशन वापरले जाते. दाब तापमान आणि अवस्था (घन/द्रव/वायू) या तिन्हींचा सगळा खेळ आहे हा मुद्दा अगदी मान्य. रेफ्रिजरेशन सायकल त्यावरच आधारलेले आहे.

पण, धाग्याच्या लिखाणात दाब (pressure) हा पॅरामीटर मी पूर्णपणे हेतुपुरस्सर टाळला आहे. त्याचे कारण असे कि, माठ असो वा इलेक्ट्रिक रेफ्रिजरेटर दोन्हीमध्ये Evaporation Cooling च वापरले जाते. पण फरक इतकाच आहे कि रेफ्रिजरेटर मध्ये कॉम्प्रेशन करून मिळवलेल्या द्रवाचे बाष्पीभवन करतात तर माठात द्रवाच्या (पाणी) रेणूंमधले बंध क्षीण झाल्याने त्याचे बाष्पीभवन होते. (म्हणून 'माठ' हा खरेतर मला फीजपेक्षा स्मार्ट वाटतो Wink असो)

दाब कमी जास्त न करता पाणी थंड होण्यासाठी माठात घडून येणाऱ्या क्रिया स्पष्ट करणे (त्यामागच्या मुलभूत तत्वांसहित) हा धाग्याच्या लिखाणाचा हेतू आहे. म्हणून कॉम्प्रेसर वापरून घडवल्या जाणाऱ्या रेफ्रिजरेशन सायकलच्या दृष्टीने ते लिखाण निरुपयोगी वाटण्याची शक्यता आहे (अर्थात, हा माझा अंदाज. अन्य कारण असेल तर ते जाणून घ्यायला आवडेल). प्रेशर, कॉम्प्रेशन या गोष्टींचा उल्लेख प्रतिसादांतून चर्चेच्या अनुषंगाने आलेला आहे (तसा तो येणे स्वाभाविकही आहे).

धाग्याच्या विषयातला प्रश्न दोन भागात विभागला आहे (तिसरा आणि चौथा प्रश्न). पैकी तिसऱ्या प्रश्नाच्या बाबत आपण म्हणता ते बरोबर आहे कि पाण्याचा बर्फ तेव्हांच होईल जेव्हां बाहेरच्या हवेचं तापमान खूप कमी होईल अगदी हेच मी धाग्यात तिसऱ्या प्रश्नाच्या उत्तराच्या शेवटी लिहिले आहे. पण बाहेरच्या हवेचे तापमान सामान्य (रूम टेम्परेचर) असताना कॉम्प्रेशन तंत्र न वापरता (माठाला योग्य तितकी उष्णता वगैरे देऊन किंवा त्यावर कोरड्या हवेचा झोत सोडून वगैरे) त्यातील पाण्याचे बर्फ होऊ शकेल का? हा प्रश्न मुद्दाम अनुत्तरीत ठेवला आहे. मलाही त्याचे नक्की उत्तर माहित नाही व नेटवरसुद्धा हे फारसे चर्चिलेले आढळले नाही. (एकेठिकाणी सापडले पण तिथे 'थंड होईल पण बर्फ नाही होणार'असा निष्कर्ष आहे). म्हणून विज्ञानाच्या वाचकांना वैचारिक खाद्य मिळावे म्हणून तो प्रश्न ओपनच ठेवला आहे.

@ Rajesh188
>> माठ हवाबंद केला तर पाणी थंड होण्याच्या वेळेत आणि प्रमाणात फरक पडेल का .
हवाबंद केला तर बाहेरून तोंडावाटे माठात येणारया उष्णतेचे प्रमाण खूप झाल्याने अर्थातच पाणी लवकर व थोडे अधिक थंड होईल (उघड्या ठेवलेल्या माठापेक्षा).

>> माठा चा आकार किती मोठा आहे ह्याच्या वर पाणी किती थंड होईल हे अवलंबून आहे का.
नाही. पाणी थंड व्हायचे तेवढेच होईल फक्त वेळेत फरक पडेल.

>> कोणताही द्रव पदार्थ पाण्यासारखा च थंड होईल का
ते त्या पदार्थावर अवलंबून आहे. मातीच्या भाड्यातून पाझरून बाहेर येऊ शकणारे सर्व द्रव पदार्थ Evaporation Cooling मुळे थंड होतील.

अतुल पाटील
हा टेक्निकल विषय आहे आणि मी अजिबात चांगला शिक्षक नाही. समोरच्याला किती समजले हे कसे ओळखावे हे मला कळणार नाही. मात्र अणूंरेणूंचे बंध हा विषय इथे अवांतर आहे. कारण बाष्पीभवन आणि पुन्हा कन्डेन्सेशन मधे हे होणारच असते. तुम्ही त्या क्रियेला रेफिजरेशनचे तत्व नाही म्हणू शकत. तो परिणाम आहे.

मुख्य विषय आहे हीट ट्रान्फर.
उष्णता जास्त तापमानाकडून कमी तापमानाकडे वाहते हा सिद्धांत आहे. हा सिद्धांत उलटा होत नाही. फक्त तशी कल्पना केली जाते. आहे तापनामानाला दाब कमी जास्त न करता उष्णतेचं मोठ्या प्रमाणावर वहन शक्य नाही. हे फक्त बाह्य तापमान कमी झाले तरच शक्य आहे. समुद्रसपाटीपासून उंचीवर जावे तसतशी हवा थंड होत जाते. तिथे पाण्याचे बर्फ आपोआप बनते. कारण बाहेरची हवा उणे १ किंवा उणे २ तापमानावर असते तर पाणी ४ किंवा ५ अंश सेल्सिअस वर असते.

मला सध्या इतकेच सांगता येईल.
यात आपण आण्विक बंध आणले तर आपण तत्वापासून दूर जाऊ आणि फोकस भलतीकडे होईल.

जिथेतिथे नेहमी खवचटपणे आपला उल्लेख झालेला पाहिलेल्या माठाला इतकेजण अचानक प्रेमाने आणि कौतुकाने आपल्याबद्दल चर्चा करतायत ते बघून भरूनच आले असेल. Lol

(अतुलजी, माफ करा. थोडी गंमत केली.)

Pages