लंडन : जेव्हा तुम्ही स्टोव्हवर पाणी गरम होण्याची वाट पाहत असता, तेव्हा लहान बुडबुडे हे पाणी उकळायला तयार होत आहे, याचे पहिले चिन्ह असतात. पाणी जसजसे गरम होते, तसतसे बुडबुडे मोठे होतात आणि ‘सतत उकळी’ येते, याचा अर्थ पाणी 212 अंश फॅरेनहाईट (100 अंश सेल्सिअस) तापमानाला पोहोचले आहे. मायक्रोवेव्हमध्ये पाणी उकळणार्या कोणालाही बुडबुड्यांची कमतरता जाणवेल. स्टोव्हवर उकळणार्या पाण्याला बुडबुडे का येतात; पण मायक्रोवेव्हमध्ये का येत नाहीत? याचा कधी विचार केला आहे का?
द्रव गतिशास्त्रज्ञांच्या मते, स्टोव्हसारख्या गरम स्रोतावर पाणी गरम झाल्यावर, नॅनोस्केलचे बुडबुडे सतत तयार होतात आणि लगेच कोसळतात. परंतु, लक्षात येण्याजोगे बुडबुडे ज्या तापमानाला तयार होण्यास सुरुवात करतात, ते तापमान कागदोपत्री असलेल्या पाण्याच्या उत्कलन बिंदूपेक्षा कधी कधी खूप जास्त असू शकते. व्हर्जिनिया टेक येथील द्रव गतिशास्त्रज्ञ जोनाथन बोरेयको यांनी सांगितले, ‘उत्कलन बिंदूचा अर्थ असा आहे की, त्या तापमानापेक्षा जास्त तापमानाला तुमचे रेणू द्रव अवस्थेत राहण्याऐवजी वाफ अवस्थेत राहून अधिक ‘आनंदी’ असतात.’ 212 अंश फॅरेनहाईटपेक्षा जास्त तापमानाला, पाण्याच्या रेणूंची आंतरिक ऊर्जा (ज्याला रासायनिक क्षमता म्हणतात) द्रवापेक्षा वायूंसाठी कमी असते, ज्यामुळे वाफ हे सर्वात स्थिर स्वरूप बनते.
बोरेयको यांनी सांगितले, ‘प्रत्यक्षात उकळण्याची क्रिया करण्यासाठी, तुम्हाला एक बुडबुडा तयार करावा लागतो, ज्यासाठी ऊर्जेचा खर्च येतो. त्यामुळे, तुम्ही वाफ म्हणून अधिक आनंदी आहात, याचा अर्थ तुम्ही यशस्वीरीत्या उकळालच असे नाही.’ म्हणूनच, पाणी प्रत्यक्षात ज्या तापमानाला उकळते, ते तापमान म्हणजे वायू बनून वाचलेली रासायनिक संभाव्य ऊर्जा आणि बुडबुडा तयार करण्यासाठी खर्च केलेली ऊर्जा यामधील तडजोड असते. सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे, बुडबुडा केवळ वायूचे प्रमाण नसतो, तर तो वायू आणि द्रव अवस्थांमधील एक आंतरपृष्ठ देखील असतो आणि सर्व द्रव आंतरपृष्ठाप्रमाणेच, हा पृष्ठभाग पृष्ठभागाच्या ताणाखाली असतो.
पृष्ठभागाचा ताण हे एक असे बल आहे जे वायू-द्रव सीमारेषा शक्य तितक्या लहान क्षेत्रात कमी करण्याचा सतत प्रयत्न करते. बुडबुड्याच्या बाबतीत, याचा अर्थ तो पूर्णपणे कोसळून पुन्हा एकसमान द्रव बनणे. म्हणून, एका स्थिर बुडबुड्यामध्ये इतका वायू असणे आवश्यक आहे की, रासायनिक संभाव्य ऊर्जेची बचत आंतरपृष्ठाच्या पृष्ठभागाच्या ताणापेक्षा जास्त असावी, ज्यामुळे मोठे बुडबुडे अधिक स्थिर बनतात. बोरेयको म्हणाले, ‘पृष्ठभागाचा ताण मूलतः क्षेत्रफळानुसार येणारा ऊर्जा खर्च आहे. खूप लहान बुडबुड्यांचे पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि प्रमाण खूप मोठे असते, तर मोठ्या बुडबुड्याचे प्रमाण तुलनेत क्षेत्रफळ लहान असते.
तुम्ही जितके मोठे व्हाल तितके प्रमाण प्रभावी ठरते, जे पृष्ठभागाच्या ताणाच्या खर्चावर मात करते.’ परिणामी, पाणी अनेकदा 212 अंश फॅरेनहाईट पेक्षा थोडे जास्त गरम होईपर्यंत उकळत नाही. या घटनेला सुपरहिटिंग म्हणतात. याउलट, मायक्रोवेव्हमध्ये गरम करण्याची असामान्य परिस्थिती बुडबुडा निर्मिती इतक्या प्रभावीपणे दाबून टाकते की, पाणी 36अंश फॅरेनहाईट किंवा 20 अंश सेल्सिअसपर्यंत अधिक गरम करणे शक्य होते. बोरेयको यांनी स्पष्ट केले, ‘विद्युतचुंबकीय लहरी संपूर्ण द्रवात प्रवेश करतात आणि पाण्याच्या रेणूंना उत्तेजित करतात, त्यामुळे ते पाणी खूप जलद आणि समान रीतीने गरम होते. याउलट, स्टोव्हवर भांड्याची तळची भिंत सर्वात जास्त गरम होते.’ ते पुढे म्हणाले, ‘तसेच, तुम्ही मायक्रोवेव्हमध्ये वस्तू सहसा गुळगुळीत भांड्यात गरम करता. उदाहरणार्थ, काचेच्या. त्यामुळे तुमच्याकडे ते स्थानिक उष्णता केंद्रे नसतात, जे पहिले आंतरपृष्ठ तयार करण्यासाठी ऊर्जेच्या अडथळ्यावर मात करण्यास मदत करतात.
