പ്രഷർ കുക്കറിന്റെ ഫിസിക്സ്

 

 എല്ലാവരുടെയും വീട്ടിൽ ഉള്ള സാധനം ആണല്ലോ പ്രഷർ കുക്കർ. ഇതിന്റെ പ്രവർത്തനം ഒറ്റ വാചകത്തിൽ എല്ലാവരും കേട്ടിക്കുണ്ടാകും. അതിലെ ഫിസിക്സ് ആണ് പറയാൻ ഉദ്ദേശിക്കുന്നത്. ചില സാങ്കേതിക പദങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കും.

പച്ചക്കറി വേവുന്ന കാര്യം ഇവിടെ ഉദ്ദേശിക്കുന്നില്ല എന്നത് പ്രത്യേകം പറയുന്നു. കുക്കറിൽ വെള്ളം മാത്രം വച്ചിട്ടുള്ള സാഹചര്യം ആണ് പറയുന്നത്.

ആദ്യം വെള്ളം അന്തരീക്ഷതാപനിലയിൽ ആയിരിക്കും. കൂടാതെ അന്തരീക്ഷ മർദ്ദത്തിലും ആയിരിക്കും. കുക്കർ ഇപ്പോൾ നമ്മൾ കുക്കർ അടയ്ക്കുന്നു. അപ്പോഴും താപനിലയും മർദ്ദവും മാറുന്നില്ല.

കുക്കറിൽ വെയിറ്റ് ഇട്ടിട്ടുണ്ട്. ഇപ്പൾ നമുക്ക് ഇതിനെ ഒരു closed system ആയി കണക്കാക്കാം. അതായത്, സിസ്റ്റവും ചുറ്റുപാടും തമ്മിൽ ഊർജ്ജം കൈമാറും, ദ്രവ്യം കൈമാറുന്നില്ല.

ഇനി ഇത് അടുപ്പത്ത് വയ്ക്കുക. അതായത് ചൂട് കൊടുക്കുക.

ഒന്നാം താപഗതിക നിയമം അനുസരിച്ച്, കൊടുക്കുന്ന താപം = work + internal energy.
പക്ഷേ ഇവിടെ വ്യാപ്തം മാറുന്നില്ല. അതുകൊണ്ട് work ഇല്ല. കൊടുക്കുന്ന താപം മുഴുവൻ സിസ്റ്റത്തിന്റെ internal energy ആയി മാറുകയാണ്. അതായത് താപനില ഉയരുന്നു.

ഇനിയാണ് കളി മാറുന്നത്. സിസ്റ്റത്തിൽ ദ്രാവകാവസ്ഥയിലിരിക്കുന്ന വെള്ളം നീരാവിയായി മാറാൻ തുടങ്ങുന്നു. അതായത് സിസ്റ്റത്തിലെ വാതകതന്മാത്രകളുടെ എണ്ണം കൂടുന്നു. സിസ്റ്റത്തിന്റെ ആകെ വ്യാപ്തം മാറ്റാൻ ഇപ്പോൾ യാതൊരു വഴിയും ഇല്ല. അപ്പോൾ പറ്റുന്നത് ഒന്നുമാത്രം. കുക്കറിനകത്തെ പ്രഷർ കൂട്ടുക. പ്രഷർ കൂടിയാൽ വെള്ളത്തിന്റെ തിളനില കൂടും. അതായത് വെള്ളം തളയ്ക്കാൻ 100°C ലും കൂടുതൽ താപനില വേണം.( വെള്ളം നീരാവിയായി മാറാൻ തിളക്കേണ്ട കാര്യം ഇല്ല എന്നത് പ്രത്യേകം ഓർക്കണം. ആദ്യം വെള്ളം നീരാവിയാകുന്നത് തിളനില എത്തിയിട്ടല്ല.)

ഇപ്പോഴും കുക്കറിന്റെ പ്രതലത്തിലൂടെ കുറേ താപം radiation വഴി നഷ്ടപ്പെടുന്നുണ്ട്. അത്രയും തന്നെ, അല്ലെങ്കിൽ അതിനെക്കാൾ കൂടുതൽ താപം അടുപ്പിൽ നിന്നും കിട്ടുന്നുമുണ്ട്.

ഇങ്ങനെ പ്രഷർ വീണ്ടും വീണ്ടും കൂടിക്കൂടി വരുന്നു. ഇവിടെ ഇപ്പോൾ നടക്കുന്ന പ്രവർത്തനം isochoric process ആണ്. അതായത് സിസ്റ്റത്തിന്റെ വോളിയം മാറാതിരിക്കുന്നു.

ഇനിയാണ് കളി മാറുന്നത്. കുക്കറിന്റെ മുകളിൽ ഒരു വിദ്വാൻ ഇരിപ്പുണ്ട്. Weight. അതിന്റെ ഭാരം താഴേക്കാണ്. താഴേക്കുള്ള ഭാരത്തേക്കാൾ കൂടുതൽ ബലം മുകളിലേക്ക് കിട്ടിയാൽ, അത് മുകളിലേക്ക് ഉയരും.( ന്യൂട്ടൺന്റെ രണ്ടാം ചലനനിയമം). മർദ്ദവും ബലവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം അറിയാമല്ലോ. അപ്പോൾ മർദ്ദം ഒരു പരിധിയിലെത്തിയാൽ വെയിറ്റിനെ തള്ളിമാറ്റാർ പാകത്തിൽ ബലം ഉണ്ടാകും. അപ്പോൾ വെയിറ്റ് ഉയരും. ഇവിടെ സിസ്റ്റം work ചെയ്യുന്നുണ്ട്.
ദ്വാരം തുറക്കും. ഉള്ളിൽ ഉയർന്ന മർദ്ദത്തിൽ ഉള്ള വാതകം പുറത്തേക്ക് വളരെപ്പെട്ടന്ന് പ്രവഹിക്കും. അങ്ങനെ ചീറ്റിയാൽ പെട്ടന്നുതന്നേ അതിന്റെ താപനില കുറയും. ഇപ്പോൾ ഇത് open system ആണെന്ന് ഓർക്കുക. ഉള്ളിലെ വാതകതന്മാത്രകളുടെ എണ്ണം കുറയുന്നതുകൊണ്ട് മർദ്ദവും കുറയും അങ്ങനെ കുറഞ്ഞുകുറഞ്ഞ് ഒരു പരിധി എത്തുമ്പോൾ weight താഴും.

വെയിറ്റ് ഉയർത്താൻ തുടങ്ങുന്നതുമുതൽ താഴുന്നതു വരെ adiabatic process ആണ് നടക്കുന്നത്. അതായത് താപം ( heat) സ്വീകരിക്കുന്നില്ല. ഇത് പരീക്ഷിച്ചറിയാവുന്നതാണ്. ചീറ്റാൻ തുടങ്ങുന്നതിന് തൊട്ടുമുമ്പ് തീ അണച്ചാലും കുക്കർ ചീറ്റും. താപം സ്വീകരിച്ചുകൊണ്ടാണ് ചീറ്റുന്നതെങ്കിൽ തീയണച്ചാൽ ചീറ്റാൻ പാടില്ലായിരുന്നു. ഇവിടെ work ചെയ്യുന്നത് സിസ്റ്റത്തിന്റെ internal energy ഉപയോഗിച്ചാണ്. അപ്പോൾ work നടക്കുമ്പോൾ internal energy കുറയും. അതുകൊണ്ട് temperature കുറയും. ചീറ്റിയ നീരാവി പെട്ടന്ന് തണുക്കാൻ കാരണം അതാണ്.