मिट्टी के घड़े (मटका) में रखा पानी गर्मियों में ठंडा क्यों रहता है, इसके पीछे का वैज्ञानिक सिद्धांत क्या है?
- मटके में पानी का ठंडा रहना वाष्पन और गुप्त ऊष्मा सिद्धांत द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण का उदाहरण है।
- वाष्पन:
- छिद्रों से निकलने वाला पानी हवा के संपर्क में आता है और वाष्पित हो जाता है।
- वाष्पन एक ऊष्माशोषी प्रक्रिया है—यह पानी के अंदर से ऊष्मा अवशोषित करता है।
- शीतलन प्रभाव:
- वाष्पन के दौरान ऊष्मा की हानि से शेष पानी का तापमान कम हो जाता है, जिससे शीतलन होता है।गर्म और शुष्क परिस्थितियों में वाष्पन की दर बढ़ जाती है, जिससे शीतलन प्रभाव अधिक स्पष्ट होता है।
- ऊष्मागतिक सिद्धांत:
- शीतलन प्रभाव वाष्पन की गुप्त ऊष्मा के सिद्धांत का पालन करता है—द्रव पानी को वाष्प में बदलने के लिए ऊष्मा अवशोषित होती है, जिससे पानी का तापमान कम होता है।
पानी का विसंगतिपूर्ण प्रसार उस असामान्य व्यवहार को संदर्भित करता है जिसमें पानी, 4°C से नीचे ठंडा होने पर संकुचन के बजाय प्रसार करता है।
- 0°C से 4°C तक:
- तापमान बढ़ने पर पानी का घनत्व बढ़ता है; गर्म होने पर यह संकुचित होता है।
- 4°C पर पानी अधिकतम घनत्व तक पहुँचता है।
- 4°C से नीचे:
- 4°C से 0°C तक ठंडा होने पर पानी प्रसार करता है।
- महत्व:
- सर्दियों में झीलों और तालाबों में, 4°C का पानी तल में डूब जाता है, जबकि ठंडा पानी ऊपर उठता है और सतह पर जम जाता है।
- बर्फ की परत नीचे के पानी को इन्सुलेट करती है, जिससे कठोर परिस्थितियों में जलीय जीवन जीवित रहता है।
IR को आम तौर पर लगभग 750 nm से 1000 μm (400 THz से 300 GHz की आवृत्तियों) तक की तरंग दैर्ध्य शामिल माना जाता है।
ऊष्मा तरंगें: जब अवरक्त तरंगों को अधिकांश सामग्रियों में मौजूद पानी के अणुओं जैसे अणुओं द्वारा अवशोषित किया जाता है, तो उनकी तापीय गति बढ़ जाती है, जिससे तापमान में वृद्धि होती है। इस ताप प्रभाव के कारण ही अवरक्त तरंगें ऊष्मा से जुड़ी हुई हैं।
पृथ्वी की गर्माहट बनाए रखने में : ग्रीनहाउस प्रभाव के माध्यम से अवरक्त तरंगें महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं।
- छोटी तरंग दैर्ध्य विकिरण: सूर्य छोटी तरंग दैर्ध्य विकिरण उत्सर्जित करता है, मुख्यतः दृश्य प्रकाश और पराबैंगनी (यूवी) विकिरण के रूप में। ये तरंगदैर्घ्य आसानी से पृथ्वी के वायुमंडल से होकर सतह तक पहुँच जाते हैं।
- पृथ्वी द्वारा अवशोषण: जब यह छोटी तरंग दैर्ध्य विकिरण पृथ्वी की सतह पर पहुँचती है, तो यह अवशोषित हो जाती है और लंबी तरंग दैर्ध्य अवरक्त विकिरण के रूप में पुनः उत्सर्जित होती है।
- ग्रीनहाउस गैस अवशोषण: वायुमंडल में ग्रीनहाउस गैसें, जैसे कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ2), मीथेन (सीएच4), और जल वाष्प (एच2ओ), इस अवरक्त विकिरण को अवशोषित करती हैं।
- पुन: उत्सर्जन: अवरक्त विकिरण को अवशोषित करने के बाद, ग्रीनहाउस गैसें इसे पृथ्वी की सतह सहित सभी दिशाओं में पुन: उत्सर्जित करती हैं।
- ताप जाल: यह पुनः उत्सर्जित विकिरण प्रभावी ढंग से पृथ्वी के वायुमंडल के भीतर ऊष्मा को रोकता है, जो ग्रह के गर्म होने में योगदान देता है।
यह पूरी प्रक्रिया तापमान के अंतर और ऊष्मा संचरण द्वारा संचालित संवहन (convection) पर आधारित होती है।
समुद्र समीर:
- दिन में, भूमि की विशिष्ट ऊष्मा कम होने के कारण वह जल की तुलना में अधिक तेजी से गर्म हो जाती है।
- भूमि के ऊपर की गर्म हवा हल्की होकर ऊपर उठती है, जिससे वहाँ निम्न दाब क्षेत्र बनता है।
- समुद्र के ऊपर की ठंडी और घनी हवा उस स्थान की पूर्ति करने के लिए भूमि की ओर चलती है, जिसे समुद्री पवन कहते हैं।
थल समीर:
- रात में, भूमि जल की तुलना में अधिक तेजी से ठंडी हो जाती है।
- अब जल के ऊपर की हवा अपेक्षाकृत गर्म होती है, ऊपर उठती है और समुद्र के ऊपर निम्न दाब बनता है।
- भूमि की ओर से ठंडी, भारी हवा समुद्र की ओर बहती है, जिसे स्थलीय पवन कहते हैं।
