வெப்ப சலனம்

Standard

சூடான காற்று மேலெழும்பும். அனுபவித்திருக்கிறோம்.

ஒரு பாத்திரத்தில் தேமேனென்று சும்மா இருக்கிற தண்ணீரை அடுப்பில் வைத்து மிதமாக (கவனிக்க: மிதமாக) சூடுபடுத்தும் பொழுது தன்னிச்சையாக அது பாத்திரத்தில் கீழிருந்து மேலாக சுழலுவதை கவனித்திருப்போம் (வீட்டில் சமயலறைவரை சென்றிருந்தால்). இதுவும் புவியீர்ப்பு திசையை எதிர்த்து மேலெழும்பும் விஷயம்தான்.

வெப்பமான திரவங்கள் எல்லாமே இந்த வகையான வெப்ப ஓட்டத்தை செயல்படுத்தும். அறிவியல் பாஷையில் இந்த வகையான வெப்பத்தினால் உந்தப்பட்ட தன்னிச்சையான திரவ ஓட்டத்தை நேசுரல் அல்லது ப்ரீ கன்வெக்ஷன் (natural or free convection) என்பர்.

காற்று, தண்ணீர் மற்றுமின்றி அநேக திரவங்கள் வெப்பமூட்டுகையில் இந்த புவியீர்ப்பு திசையை எதிர்த்து மேலெழும்பும் தன்மை இருக்கிறது [*]. சூடான திரவத்தின் அடர்த்தி அதனை சுற்றியுள்ள மற்ற பகுதிகளின் அடர்த்தியிலிருந்து குறைகிறது. இதனால் மற்ற பகுதிகளை காட்டிலும் அடர்த்தி குறைந்த திரவத்தின்மேல் புவியீர்ப்பு விசையின் ஆதிக்கம் கம்மியாகி, அதனை அடர்த்தி அதிகமுள்ள திரவபகுதிகளினூடே மேலெழும்பச்செய்கிறது. இதனை மிதவு விசை (buoyancy force) என்பர். மேலே சென்ற வாயு விட்டுச்சென்ற வெற்றிடத்தை பக்கத்தில் இருக்கும் அடர்த்தி அதிகமுள்ள வாயு நிரப்பிவிடும். அடுப்பில் மிதமாக சூடாக்கப்படும் தண்ணீர் பாத்திரத்தின் அடியிலிருந்து மேலாக தன்னிச்சையாக சுழலுவதற்கு இது ஒரு சுருக்கமான விளக்கம்.

கடல் காற்று தோன்றுவதன் காரணம் இவ்வகை வெப்ப சலனம்தான். மெழுகுவர்த்தி தன் அருகிலிருக்கும் தான் எரிவதற்கு உட்கொண்ட ஆக்ஸிஜன் அற்ற காற்றை தன்னிச்சையாக தன் சூட்டினால் மேலுழுப்பி புது காற்றை வரவழைத்து நீடித்து எரிவதும், வெயிலில் சூடான ரோட்டின் மேல் வெப்பக்காற்றலைகள் எழும்புவதும், சூரியனில் வெப்பம் மிகச்சூடான “நடுசென்டரி”லிருந்து அதன் விளிம்பிற்கு சுழற்சியாக தள்ளப்படுவதும் இந்த ”ப்ரீ கன்வெக்ஷன்” சமாசாரங்கள்தான். இவ்வளவு ஏன்; வீட்டில் ப்ரிட்ஜில் ஐஸ் உற்பத்தி செய்யும் ப்ரீஸர் (freezer cabinet) பகுதி ஏன் மேலே வைக்கப்பட்டிருக்கிறது என்று கவனித்திருக்கிரீர்களா? யோசித்து பாருங்கள்; வெப்ப சலனம்தான் காரணம்.

மேலே குறிப்பிட்ட தன்னிச்சையான வெப்பநீரோட்டம் வெப்ப சலனத்தில் ஒரு வகை. மற்றொருவகையில் வெப்பமான திரவத்தை புற உந்துதல் மூலம் வேகமாக நாமே ஓடவிடுவது.

அதாவது தண்ணீராக இருந்தால் ஒரு பம்ப் மூலமாக குழாய்களிலோ, காற்றாக இருந்தால் ஒரு விசிறிகொண்டு உந்தியோ அல்லது கம்ப்ரஸரிலிருந்து நேராகவோ குழாய்களில் செலுத்துவதும் புற உந்துதல் விஷயம். இதன்மூலம் வெப்பத்தை ஒரு இடத்திலிருந்து மற்றொரு இடத்திற்கு திரவங்கள் மூலம் கடத்துவது எளிதாகிறது. இந்த வகை வெப்ப நீரோட்டத்திற்கு ஆங்கிலத்தில், போர்ஸ்டு கன்வெக்ஷன் (forced convection) என்று பெயர். தமிழில் உந்து வெப்ப சலனம் என்று குறிப்பிடுகிறேன்.

பம்ப்பையோ, கம்ப்ரசரையோ இயக்குவதற்கு மின்சாரம் தேவை. இதற்கு வாரியத்திற்கு காசு கொடுக்கவேண்டும் என்பதால், இந்தவகை கன்வெக்ஷனை, ப்ரீ கன்வெக்ஷனிலிருந்து வேறுபடுத்த பெய்ட் (paid) கன்வெக்ஷன் என்று வேண்டுமானால் சும்மா உம்மனாங்காட்டிக்கு சொல்லலாம். அறிவியல் பரிபாஷையில் ஊறியவர்கள் சற்று முகம் சுளிப்பார்கள்.

முடிக்கும் முன் மேலும் சில உதாரணங்கள்.

கரி, எண்ணை முதலியவற்றை எரித்து மின்சாரம் உற்பத்தி செய்யும் ஆலை (power plant) பற்றி கேள்விப்பட்டிருப்பீர்கள். எண்ணுரில் இருக்கிறதே. இவ்வகை ஆலைகளில் எரிபொருள் எரியும் பாய்லர் பர்னெஸ்சை சுற்றி தண்ணீர் செல்லும் குழாய்களை ஒன்றுசேர்த்து சுவர் எழுப்பியிருப்பார்கள். இதற்கு வாட்டர்வால் (water-wall) என்று இஞ்சினியர்களிடம் செல்லமாக ஒருபெயர் உண்டு.

தண்ணீரை இந்த குழாய்களில் செலுத்துகையில், அது நீராவியாகி சுய உந்துதலினால் வெப்பநீரோட்டமாகி, மேலெழும்பி, ஒரு தொட்டியில் நிரம்பும். தண்ணீர் குழாய்களில் நீராவி மேலெழும்பி விட்டுச்சென்ற வெற்றிடத்தை இந்த தொட்டியிலிருக்கும் அடர்த்தி மிகுந்த தண்ணீர் தன்னிச்சையாக கீழிறங்கி நிரப்பும். தன்னிச்சையாக தண்ணீர்-நீராவியாக சுழலும் இந்த பகுதி (natural circulation loop), மேலே குறிப்பிட்ட சுய வெப்ப சலனத்திற்கு நல்ல உதாரணம்.

தொட்டியில் வந்தடைந்த இந்த நீராவியை மீண்டும் ஸூப்பர்ஹீட்டர் எனப்படும் நிறைய குழாய்கள் அங்குமிங்கும் செல்லும் ஒரு வெப்ப பரிமாற்ற கருவியில் செலுத்தி மேலும் உஷ்ணத்தையும் வேகத்தையும் கூட்டுவார்கள். இங்கு விரைந்து செல்லும் நீராவியில் மேலும் உஷ்ணத்தை ஏற்றுவது உந்து வெப்ப சலன முறையில்.

மிகுந்த உஷ்ணத்துடன், வேகமாக வெளிப்படும் இந்த நீராவியை பெரிய டர்பைன் பிளேடுகள் வழியே செலுத்தி, அவை சுழலுகையில் உடன் சேர்த்திருக்கும் ஜெனரேட்டர்களிலிருந்து மின்சாரம் உற்பத்திசெய்யப்படும். டர்பைன் பிளேடுகளின்மேல் ஓடுகையில் அப்பிளேடுகளை சூடுபடுத்தி தன் உஷ்ணத்தை நீராவி இழப்பதும் ஒரு வகையான உந்து வெப்ப சலன வெப்ப பறிமாற்றமே. பின்னர் இந்த உந்துசக்தியிழந்த நீராவியை மறுபடியும் பாய்லர் உலையினுள் செலுத்தும்முன், கன்டென்ஸர் எனப்படும் மற்றொரு குழாய்களடங்கிய சமாசாரத்தில் குளிரவைத்து தண்ணீராக்குவதும் மற்றொரு உந்து வெப்ப சலன வெப்ப பறிமாற்ற உதாரணமே.

க்ரௌஸ் (Crouse) என்றொறு பட்சி ஆப்பிரிக்காவில் எங்கோ இருக்கிறதாம். நான் பார்த்ததில்லை. இது தன் பறக்க பழகாத குஞ்சுகளுக்கு நீர் கொண்டுவருவதற்காக பக்கத்தில் உள்ள நீர்நிலையில் சென்று ஜம்மென்று தன் இறக்கைகளெல்லாம் நனைய ஒரு கங்காஸ்நானம் செய்யும். பின்னர், நம்மூர் காக்கை போலெல்லாம் உடனேயே ரொம்பவும் சிலுப்பிக்கொள்ளாமல், குளித்தமேனியாக அப்படியே மடியாய் பறந்து கூட்டை வந்தடைந்து, குஞ்சுகளின் வாய் முன்னிலையில் சிலுப்பிக்கொள்ளும். அவைகளுக்கு தண்ணீர் தருவதற்காக.

இந்த அசாதாரண முயற்சியில் குறிப்பாக நீர்நிலை பறவையின் கூட்டிற்கு அருகிலிருக்க வேண்டியது அவசியம். இல்லாவிட்டால் பறந்துவருகையில் இறக்கையிலிருக்கும் தண்ணீர் மொத்தமும் கூட்டிற்கு வருமுன் உஷ்ணக்காற்றில் நீராவியாகிவிடும். இறக்கை உலர்ந்துவிடும். க்ரௌஸ் பட்சி தன் கூட்டை அதனால் நீர்நிலைகளுக்கு அருகாமையிலேயே அமைக்கும்.

பெரிய பாலைவன கண்டத்தில் வசிக்கும் ஆப்ரிக்கர்கள், இந்த க்ரௌஸ் பட்சியின் கூடு இருக்கும் இடம்வைத்து சற்றென்று கண்களுக்குத் தட்டுப்படாத நீர்நிலைகளின் அருகாமையை ரொம்பவும் அலட்டிக்கொள்ளாமல் அறிந்துகொள்வதாக படித்திருக்கிறேன்.

இத்துடன் இப்போதைக்கு நிறுத்திக்கொள்கிறேன். படித்தசூட்டில் மண்டை காய்ந்து என்னை நீங்கள் பிளக்கவருமுன்.

———–

[*] சூடாக்குகையில் சில திரவங்களின் அடர்த்தி (குறைவதற்கு பதில்) அதிகரிக்கும். அத்தகைய திரவங்கள் புவியீர்ப்பில் மேலெழும்பாமல், கீழிறங்கும். ஆனால் இந்த ஓட்டமும் வெப்ப சலனம்தான்.