அறிவுக்கு ஆயிரம் கண்கள் 9: கொதிக்கும் எண்ணெய்யும் மேக வடிவமாதிரிகளும்

அடுப்பில் ஒரு தட்டையான பாத்திரத்தில் எண்ணெய் சூடாகத் தொடங்கி யிருந்ததைப் பார்த்துக் கொண்டிருந்தேன். பாத்திரம் சூடேறும்போது அடிப்பரப்பில் அறுங்கோண வடிவிலும், வேறு பல கோணங்களிலும் ஒருவித வடிவமாதிரி (pattern) உருவாகத் தொடங்கியதைப் பார்க்க முடிந்தது. சற்று நேரத்தில் இந்த வடிவமாதிரிகள் மேலும் அதிகரித்து, அதன் பின்பு எண்ணெய் முழுக்கச் சூடாகி ஆவியாகத் தொடங்கியது.

இந்த வடிவமாதிரிகள் ஏன் உருவாகின்றன? அடுப்பில் பாத்திரத்தை வைத்ததும் கீழ்ப்பகுதியில் இருக்கும் எண்ணெய் முதலில் சூடாகும். மேற்பரப்பு சூடாகாமலே இருக்கும். சூடாகிவிட்ட எண்ணெய்யின் அடர்த்தி குறைவாக இருக்கும். அதனால் கீழே இருக்கும் எண்ணெய் மேலே வரும். இப்படிப் பாத்திரத்தின் பல புள்ளிகளில், அடர்த்தி குறைந்த சூடான எண்ணெய் மேலே வரத் தொடங்கும்.

ஆனால், மேற்பரப்போ இன்னமும் சூடாகி இருக்காது. அதனால், அங்கே அடர்த்தி அதிகமாக இருக்கும். மேலே புறப்பட்டு வந்த அடர்த்தி குறைவான எண்ணெய்யை அடர்த்தி அதிகமுள்ள குளிர்ந்த எண்ணெய்யின் பரப்பு இழுக்கும். ஆக, கீழே ஒரு புள்ளியிலிருந்து புறப்பட்டுவந்த அடர்த்தி குறைந்த சூடான எண்ணெய் மேற்பரப்பில் விரிந்து, பின் சூடு தணிந்ததும் கீழ்நோக்கிப் போகும். சூடான எண்ணெய் மேலே போவதும், குளிர்ந்த எண்ணெய் கீழே வருவதுமான இந்த வெப்பச்சலனத்தால் உண்டாகும் சுழற்சியில்தான் வடிவமாதிரி உருவாகிறது. நேரம் ஆக ஆக மேற்பரப்பும் சூடாகிவிடுவதால், இந்த வடிவமாதிரிகள் ஆங்காங்கே இணைந்து, பிறகு அவை காணாமல்போய் எண்ணெய் முழுவதும் கொதிக்கத் தொடங்கிக் குமிழிகள் உண்டாகின்றன. அப்போது கையில் தட்டி வைத்திருக்கும் வடையை அதில் போட்டுவிடுவோம்.

வெப்பச்சலன விளைவு

இப்படிச் சூடாகும் திரவங்களில் வடிவமாதிரிகள் உருவாகும் அறிவியலைக் கண்டறிந்த விஞ்ஞானி ஹென்றி பெனார்ட் என்பவரின் பெயரில், ‘பெனார்ட்-வெப்பச்சலன செல்கள் (Benard-convection cells)’ என்று இவை அழைக்கப்படுகின்றன. பாத்திரத்தில் வெந்நீர் வைக்கும்போதும் இதுபோன்ற வடிவமாதிரிகள் உண்டாவதைப் பார்த்திருக்கலாம். இந்த வடிவமாதிரிகளைக் குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையிலும், தகுந்த அடர்த்தி உடைய பொருள்களிலும் காண்பது எளிது. அதேபோல், பாத்திரத்தில் குறைந்த அளவு எண்ணெய் இருக்கும்போதுதான் இந்த வடிவமாதிரிகள் தென்படும்.

பொதுவாகவே எண்ணெயின் அடர்த்தி அதிகம். அதனால், மேற்பரப்பில் இருக்கும் குளிர்ந்த எண்ணெய்க்கும், கீழ்ப்பரப்பில் இருக்கும் சூடான எண்ணெய்க்கும் வேறுபாட்டை உணர முடியும். அதேபோல், குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில் மட்டும்தான் இந்த செல்களைக் காண முடியும். இதற்கான நெறிமுறைகளை ரெய்லே (Rayleigh) என்னும் பிரிட்டிஷ் விஞ்ஞானி கண்டறிந்ததால், ரெய்லே-பெனார்ட் வெப்பச்சலன செல்கள் என்று அவை அழைக்கப்படுகின்றன.

பெனார்ட்-வெப்பச்சலன செல்கள் நம்மைச் சுற்றிப் பல இடங்களில் இருக்கின்றன. வானத்தில் மேகங்களாக இவற்றை எளிதில் பார்க்க முடியும். நிலப்பரப்பில் இருந்து வான் நோக்கிச் செல்லும் சூடான காற்று, அங்கே குளிரும். பிறகு அங்கிருந்து கீழ்நோக்கி வரும். இப்படியான சுழற்சி முறையில் மேகங்களும் பெரும்பாலும் அறுங்கோண வடிவில் திட்டுத்திட்டாக உருவாகின்றன. ஓரிடத்தில் தட்பவெப்பம் எப்படியிருக்கிறது என்பதைச் செயற்கைக்கோள் படத்தில் தெரியும் மேகங்களின் வடிவமாதிரிகளை வைத்துக் கணிக்கவும் இவை உதவியாக இருக்கின்றன.

கட்டுரையாளர், இஸ்ரேல் டெக்னியன் தொழில்நுட்ப நிறுவனத்தில் ஆராய்ச்சியாளர்

தொடர்புக்கு: hemazephyrs@gmail.com