കടൽക്കാറ്റും കരക്കാറ്റും അതിന്റെ പിന്നിലെ ശാസ്ത്രവും

 കടൽക്കാറ്റും കരക്കാറ്റും

ഒരു കടൽത്തീരത്ത് നിൽക്കുന്നത് സങ്കൽപ്പിക്കുക. സൂര്യന്റെ വെയിലിൽ മണൽ നിങ്ങളുടെ പാദങ്ങളെ പൊള്ളിക്കുമ്പോൾ, തൊട്ടടുത്തുള്ള കടൽ വെള്ളത്തിന് നല്ല തണുപ്പായിരിക്കും.

കടൽത്തീരത്തെ മണൽ പൊള്ളിക്കുകയും എന്നാൽ വെള്ളം തണുത്തിരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്? (Why does beach sand burn your feet while the water stays cool?)

ഈ ചോദ്യത്തിനുള്ള ഉത്തരം വിശിഷ്ട താപധാരിത (Specific Heat) എന്ന ആശയത്തിലാണ് ഒളിഞ്ഞിരിക്കുന്നത്. ഒരു കിലോഗ്രാം പദാർത്ഥത്തിന്റെ താപനില ഒരു ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ ആവശ്യമായ താപത്തിന്റെ അളവാണിത്.

കടൽത്തീരത്തെ ഉദാഹരണം തന്നെ എടുക്കാം:

• മണലിന് കുറഞ്ഞ വിശിഷ്ട താപധാരിതയാണ് ഉള്ളത്. അതിനാൽ, സൂര്യനിൽ നിന്ന് കുറഞ്ഞ അളവിൽ താപം ലഭിക്കുമ്പോൾ തന്നെ അതിന്റെ താപനില വളരെ വേഗത്തിൽ ഉയരുന്നു. കുറഞ്ഞ വിശിഷ്ട താപധാരിത കാരണം, കുറഞ്ഞ താപം ലഭിക്കുമ്പോൾ തന്നെ മണൽ തന്മാത്രകളുടെ ശരാശരി ഗതികോർജം വളരെ വേഗം വർദ്ധിക്കുകയും അവ അതിവേഗം ചലിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് താപനില അതിവേഗം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

• വെള്ളത്തിന് വളരെ ഉയർന്ന വിശിഷ്ട താപധാരിതയാണുള്ളത് (ഇരുമ്പിനേക്കാൾ ഏകദേശം 10 മടങ്ങ് കൂടുതൽ). അതുകൊണ്ട്, ധാരാളം താപോർജം ലഭിച്ചാലും വെള്ളത്തിന്റെ താപനിലയിൽ കാര്യമായ വർദ്ധനവ് ഉണ്ടാകില്ല. ഉയർന്ന വിശിഷ്ടതാപധാരിത കാരണം, വലിയ അളവിലുള്ള താപം ഉൾക്കൊള്ളാൻ ജലത്തിന് സാധിക്കുന്നു. താപം ധാരാളമായി ലഭിച്ചാലും, തന്മാത്രകളുടെ ശരാശരി ചലനത്തിൽ (താപനില) കാര്യമായ വർദ്ധനവ് ഉണ്ടാകുന്നില്ല.

ഈ തത്വം തന്നെയാണ് കടൽക്കാറ്റും കരക്കാറ്റും ഉണ്ടാകുന്നതിനും കാരണമാകുന്നത്. പകൽ സമയത്ത് കര വേഗത്തിൽ ചൂടാകുകയും, രാത്രിയിൽ വേഗത്തിൽ തണുക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. എന്നാൽ കടൽ സാവധാനത്തിൽ ചൂടാകുകയും സാവധാനത്തിൽ തണുക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ താപനിലയിലെ വ്യത്യാസമാണ് കാറ്റിന്റെ ദിശ നിർണ്ണയിക്കുന്നത്. കൂടാതെ, തീരപ്രദേശങ്ങളിൽ മിതമായ കാലാവസ്ഥ അനുഭവപ്പെടുന്നതിനും ജലത്തിന്റെ ഈ കഴിവ് ഒരു പ്രധാന കാരണമാണ്.

 

താപവും താപനിലയും

 താപവും  (Heat) താപനിലയും (Temperature) ഒന്നുതന്നെയാണോ ?

ഒരു വസ്തു എത്രത്തോളം ചൂടുള്ളതാണ് അല്ലെങ്കിൽ തണുപ്പുള്ളതാണ് എന്ന് അളക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു മാർഗ്ഗമാണ് താപനില എന്ന് നാം സാധാരണയായി പറയാറുണ്ട്. ഇത് ഒരു പരിധി വരെ ശരിയാണെങ്കിലും, ശാസ്ത്രീയമായി ഈ നിർവചനം അപൂർണ്ണമാണ്.

യഥാർത്ഥത്തിൽ, ഒരു പദാർത്ഥത്തിലെ തന്മാത്രകളുടെ ശരാശരി ഗതികോർജമാണ് (Average Kinetic Energy) താപനില.

ഇവിടെ 'ശരാശരി' എന്ന വാക്ക് പ്രധാനമാണ്, കാരണം ഒരു പദാർത്ഥത്തിലെ എല്ലാ തന്മാത്രകളും ഒരേ വേഗതയിലല്ല ചലിക്കുന്നത്. ചിലത് വേഗത്തിലും ചിലത് പതുക്കെയും ചലിക്കും. ഇവയുടെയെല്ലാം ചലനത്തിന്റെ ഫലമായുള്ള ഗതികോർജത്തിന്റെ ശരാശരി അളവാണ് താപനില.

 

ഒരു ഗ്ലാസിൽ  അനങ്ങാതെയിരിക്കുന്ന വെള്ളം ശ്രദ്ധിക്കുക. പുറമെ നിന്ന് നോക്കുമ്പോൾ അത് നിശ്ചലമാണെന്ന് തോന്നാമെങ്കിലും, സൂക്ഷ്മതലത്തിൽ അതി ലെ ജലതന്മാത്രകൾ നിരന്തരം ചലിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. ഒരു വസ്തുവിന്റെ താപനില കൂടുമ്പോൾ അതിലെ തന്മാത്രകളുടെ ചലനവേഗത ശരാശരിയിൽ വർദ്ധിക്കുന്നു. താപനില കുറയുമ്പോൾ ഈ ചലനവേഗതയും കുറയുന്നു. അതുകൊണ്ട്, 'ചൂട്' എന്നത് കേവലം ഒരു അനുഭവം എന്നതിലുപരി, തന്മാത്രകളുടെ ചലനത്തിന്റെ ഒരു അളവുകോലാണ്.

 

ഒരു തണുത്ത സമുദ്രത്തിന് ഒരു കപ്പ് ചൂട് കാപ്പിയേക്കാൾ കൂടുതൽ താപം (Heat) ഉണ്ട് (A cold ocean has more heat than a hot cup of coffee)

ഇത് വിശ്വസിക്കാൻ പ്രയാസമാണെന്ന് തോന്നാം, എന്നാൽ ഇത് താപവും താപനിലയും തമ്മിലുള്ള അടിസ്ഥാനപരമായ വ്യത്യാസത്തെയാണ് കാണിക്കുന്നത്. താപനില ഒരു പദാർത്ഥത്തിലെ തന്മാത്രകളുടെ ശരാശരി ഗതികോർജത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുമ്പോൾ, താപം (Heat) എന്നത് ആ പദാർത്ഥത്തിലെ എല്ലാ തന്മാത്രകളുടെയും ഗതികോർജത്തിന്റെ ആകെത്തുകയാണ്. ഒരു കപ്പ് ചൂട് കാപ്പിയും തണുത്ത സമുദ്രവും താരതമ്യം ചെയ്യുക. കാപ്പിക്ക് ഉയർന്ന താപനിലയുണ്ട്, അതിനർത്ഥം അതിലെ തന്മാത്രകളുടെ  ശരാശരി ഗതികോർജം  ഉയർന്നതാണ് എന്നാണ് . എന്നാൽ സമുദ്രത്തിലെ തന്മാത്രകളുടെ  ശരാശരി  ഗതികോർജം കുറവാണെങ്കിലും, തന്മാത്രകളുടെ എണ്ണം വളരെ കൂടുതലായതുകൊണ്ട് അവയുടെയെല്ലാം ഊർജ്ജം ഒരുമിച്ച് കൂട്ടുമ്പോൾ ലഭിക്കുന്ന ആകെ താപം (Total Heat) ഒരു കപ്പ് കാപ്പിയിലേതിനേക്കാൾ വളരെ കൂടുതലായിരിക്കും. താഴ്ന്ന താപനിലയിലുള്ള ഒരു പദാർത്ഥത്തിന് ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള മറ്റൊരു പദാർത്ഥത്തേക്കാൾ കൂടുതൽ താപം ഉണ്ടാകാൻ സാധ്യതയുണ്ട്.

സമുദ്രങ്ങളിലെ ഈ ഭീമമായ താപോർജ്ജമാണ് ചുഴലിക്കാറ്റുകൾ പോലുള്ള വലിയ കാലാവസ്ഥാ പ്രതിഭാസങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നത്.

കടൽക്കാറ്റും കരക്കാറ്റും അതിന്റെ പിന്നിലെ ശാസ്ത്രവും (audio overview generated by AI)