Boiling
ઉકાળવું એ પ્રવાહીમાંથી ગેસ અથવા વરાળમાં ઝડપી તબક્કાનું સંક્રમણ છે; ઉકાળવાનું વિપરીત ઘનીકરણ છે. ઉકળતા ત્યારે થાય છે જ્યારે પ્રવાહીને તેના ઉત્કલન બિંદુ સુધી ગરમ કરવામાં આવે છે, જેથી પ્રવાહીનું વરાળનું દબાણ આસપાસના વાતાવરણ દ્વારા પ્રવાહી પર લાદવામાં આવેલા દબાણ જેટલું હોય છે. ઉકળતા અને બાષ્પીભવન એ પ્રવાહી બાષ્પીભવનના બે મુખ્ય સ્વરૂપો છે. ઉકળતાના બે મુખ્ય પ્રકારો છેઃ ન્યુક્લિએટ ઉત્કલન જ્યાં અલગ બિંદુઓ પર વરાળના નાના પરપોટા રચાય છે, અને નિર્ણાયક ઉષ્મા પ્રવાહ ઉત્કલન જ્યાં ઉકળતી સપાટીને ચોક્કસ નિર્ણાયક તાપમાનથી ઉપર ગરમ કરવામાં આવે છે અને સપાટી પર વરાળની એક ફિલ્મ રચાય છે. સંક્રમણ ઉકાળવું એ બંને પ્રકારના ઘટકો સાથે ઉકાળવાનું મધ્યવર્તી, અસ્થિર સ્વરૂપ છે. પાણીનું ઉત્કલન બિંદુ 100 ડિગ્રી સેલ્સિયસ અથવા 212 ડિગ્રી ફેરનહીટ છે પરંતુ વધુ ઊંચાઈ પર જોવા મળતા વાતાવરણીય દબાણમાં ઘટાડા સાથે તે ઓછું છે. ઉકળતા પાણીનો ઉપયોગ સૂક્ષ્મજીવાણુઓ અને હાજર હોઈ શકે તેવા વાયરસને મારીને તેને પીવાલાયક બનાવવાની પદ્ધતિ તરીકે થાય છે. ગરમી પ્રત્યે વિવિધ સુક્ષ્મસજીવોની સંવેદનશીલતા બદલાય છે, પરંતુ જો પાણીને એક મિનિટ માટે રાખવામાં આવે તો મોટાભાગના સુક્ષ્મસજીવો અને વાયરસ નિષ્ક્રિય થઈ જાય છે. 70 ડિગ્રી સેલ્સિયસ (158 ડિગ્રી ફેરનહીટ) ના તાપમાને દસ મિનિટ પણ મોટાભાગના બેક્ટેરિયાને નિષ્ક્રિય કરવા માટે પૂરતી છે. ઉકળતા પાણીનો ઉપયોગ રસોઈની ઘણી પદ્ધતિઓમાં પણ થાય છે જેમાં ઉકાળવું, બાફવું અને શિકારનો સમાવેશ થાય છે. પ્રકારો મુક્ત સંવહન ઉત્કલનમાં જોવા મળતો સૌથી નીચો ઉષ્મા પ્રવાહ માત્ર [કુદરતી સંવહન] પેદા કરવા માટે પૂરતો હોય છે, જ્યાં ગરમ પ્રવાહી તેની સહેજ ઓછી ઘનતાને કારણે વધે છે. આ સ્થિતિ ત્યારે જ થાય છે જ્યારે અતિઉષ્ણતા ખૂબ ઓછી હોય, એટલે કે પ્રવાહીની નજીકની ગરમ સપાટી ઉકળતા બિંદુ જેટલું જ તાપમાન ધરાવે છે. ન્યુક્લિએટ ન્યુક્લિએટ ઉત્કલન ગરમ સપાટી (વિજાતીય ન્યુક્લિએશન) પર પરપોટા અથવા પોપની વૃદ્ધિ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, જે સપાટી પરના અલગ બિંદુઓથી વધે છે, જેનું તાપમાન પ્રવાહીના તાપમાનથી થોડું વધારે હોય છે. સામાન્ય રીતે, સપાટીના વધતા તાપમાન દ્વારા ન્યુક્લિએશન સાઇટ્સની સંખ્યામાં વધારો થાય છે. ઉકળતા વાસણની અનિયમિત સપાટી (એટલે કે, સપાટીની રફનેસમાં વધારો) અથવા પ્રવાહીમાં ઉમેરણો (એટલે કે, સર્ફેક્ટન્ટ્સ અને/અથવા નેનોપાર્ટિકલ્સ) વ્યાપક તાપમાન શ્રેણી પર ન્યુક્લિએટ ઉકળવા માટે સરળ બનાવે છે, જ્યારે પ્લાસ્ટિક જેવી અપવાદરૂપે સરળ સપાટી, પોતાને સુપરહિટિંગ માટે ઉધાર આપે છે. આ પરિસ્થિતિઓમાં, ગરમ પ્રવાહી ઉત્કલનમાં વિલંબ દર્શાવી શકે છે અને તાપમાન ઉત્કલન વિના ઉત્કલન બિંદુથી કંઈક અંશે ઉપર જઈ શકે છે. સજાતીય ન્યુક્લિએશન, જ્યાં પરપોટા સપાટીને બદલે આસપાસના પ્રવાહીમાંથી રચાય છે, તે ત્યારે થઈ શકે છે જ્યારે પ્રવાહી તેના કેન્દ્રમાં ગરમ હોય અને કન્ટેનરની સપાટી પર ઠંડુ હોય. આ કરી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, માઇક્રોવેવ પકાવવાની નાની ભઠ્ઠીમાં, જે પાણીને ગરમ કરે છે, કન્ટેનરને નહીં. ક્રિટિકલ હીટ ફ્લક્સ (સી. એચ. એફ.) એ ઘટનાની થર્મલ મર્યાદાને વર્ણવે છે જ્યાં ગરમી દરમિયાન તબક્કામાં ફેરફાર થાય છે (જેમ કે પાણીને ગરમ કરવા માટે વપરાતી ધાતુની સપાટી પર બનેલા પરપોટા), જે અચાનક ગરમીના સ્થાનાંતરણની કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો કરે છે, આમ ગરમીની સપાટીને સ્થાનિક રીતે વધુ ગરમ કરે છે. જેમ જેમ ઉકળતી સપાટીને નિર્ણાયક તાપમાનથી ઉપર ગરમ કરવામાં આવે છે, તેમ તેમ સપાટી પર વરાળની એક પટલ રચાય છે. આ વરાળની પટલ સપાટીથી ગરમીને દૂર લઈ જવા માટે ઘણી ઓછી સક્ષમ હોવાથી, તાપમાન આ બિંદુથી આગળ ખૂબ જ ઝડપથી સંક્રમણ ઉકળતા શાસનમાં વધે છે. જે બિંદુએ આવું થાય છે તે ઉકળતા પ્રવાહીની લાક્ષણિકતાઓ અને પ્રશ્નમાં ગરમીની સપાટી પર આધારિત છે. સંક્રમણ સંક્રમણ ઉત્કલનને અસ્થિર ઉત્કલન તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે, જે ન્યુક્લિયેટમાં મહત્તમ પ્રાપ્ય અને ફિલ્મ ઉત્કલનમાં ન્યૂનતમ પ્રાપ્ય વચ્ચેના સપાટીના તાપમાન પર થાય છે. ગરમ પ્રવાહીમાં પરપોટાની રચના એ એક જટિલ ભૌતિક પ્રક્રિયા છે જેમાં ઘણીવાર પોલાણ અને ધ્વનિની અસરોનો સમાવેશ થાય છે, જેમ કે બ્રોડ-સ્પેક્ટ્રમ જે કેટલમાં સાંભળવામાં આવે છે તે હજી સુધી ગરમ થતું નથી જ્યાં પરપોટા સપાટી પર ઉકળે છે. જો પ્રવાહીને ગરમ કરતી સપાટી પ્રવાહી કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ ગરમ હોય તો ફિલ્મ ઉકાળવામાં આવશે, જ્યાં વરાળનું પાતળું સ્તર, જે ઓછી થર્મલ વાહકતા ધરાવે છે, તે સપાટીને અવાહક કરે છે. પ્રવાહીમાંથી સપાટીને અવાહક કરતી વરાળ ફિલ્મની આ સ્થિતિ ફિલ્મ ઉકળવાની લાક્ષણિકતા ધરાવે છે. ભૂમિતિ પૂલનો ઉકાળાનો પ્રભાવ "પૂલ ઉકાળવું" એટલે જ્યાં બળજબરીથી સંવહન પ્રવાહ ન હોય ત્યાં ઉકાળવું. તેના બદલે, પ્રવાહ ઘનતા ઢાળને કારણે થાય છે. તે ઉપર ઉલ્લેખિત કોઈપણ શાસનનો અનુભવ કરી શકે છે. પ્રવાહ ઉત્કલન "પ્રવાહ ઉત્કલન" ત્યારે થાય છે જ્યારે ઉત્કલન પ્રવાહી ફેલાય છે, સામાન્ય રીતે પાઈપો દ્વારા. તેની હિલચાલ પંપ દ્વારા સંચાલિત થઈ શકે છે, જેમ કે પાવર પ્લાન્ટમાં, અથવા ઘનતા ઢાળ દ્વારા, જેમ કે થર્મોસિફોન અથવા હીટ પાઇપમાં. ઉકળતા પ્રવાહમાં પ્રવાહ ઘણીવાર રદબાતલ અપૂર્ણાંક પરિમાણ દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, જે સિસ્ટમમાં વોલ્યુમનો અપૂર્ણાંક સૂચવે છે જે વરાળ છે. આ અપૂર્ણાંક અને ઘનતાનો ઉપયોગ વરાળની ગુણવત્તાની ગણતરી કરવા માટે કરી શકાય છે, જે વાયુ તબક્કામાં રહેલા દળના અપૂર્ણાંકનો સંદર્ભ આપે છે. ઘનતા, પ્રવાહ દર અને ઉષ્મા પ્રવાહ તેમજ સપાટીના તણાવના ભારે પ્રભાવો સાથે પ્રવાહ ઉત્કલન ખૂબ જ જટિલ હોઈ શકે છે. સમાન પ્રણાલીમાં એવા પ્રદેશો હોઈ શકે છે જે પ્રવાહી, વાયુ અને બે તબક્કાના પ્રવાહ હોય. આવી બે તબક્કાની પ્રણાલીઓ કોઈપણ પ્રણાલીના કેટલાક શ્રેષ્ઠ ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ ગુણાંક તરફ દોરી શકે છે. મર્યાદિત ઉત્કલન મર્યાદિત ભૂમિતિઓમાં ઉત્કલનનો સંદર્ભ આપે છે, જે સામાન્ય રીતે બોન્ડ નંબર દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે જે કેશિકા લંબાઈ સાથેના અંતરની સરખામણી કરે છે. જ્યારે BO <0.5 હોય ત્યારે મર્યાદિત ઉકળતા નિયમો મુખ્ય ભૂમિકા ભજવવાનું શરૂ કરે છે. આ ઉકળતા શાસનમાં વરાળ નીકળ્યા પછી બાકી રહેલા "વરાળ સ્ટેમ પરપોટા" નું પ્રભુત્વ છે. આ પરપોટા વરાળની વૃદ્ધિ માટે બીજ તરીકે કામ કરે છે. મર્યાદિત ઉત્કલનમાં સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ ગુણાંક હોય છે પરંતુ પૂલ ઉત્કલન કરતાં ઓછું CHF હોય છે. સીએચએફ ત્યારે થાય છે જ્યારે બે તબક્કાના ઇન્ટરફેસ પર વરાળ વેગ બળ સંયુક્ત સપાટીના તણાવ અને હાઇડ્રોસ્ટેટિક દળોને સંતુલિત કરે છે, જે શુષ્ક સ્થળની ઉલટાવી ન શકાય તેવી વૃદ્ધિ તરફ દોરી જાય છે. મર્યાદિત ઉત્કલન ખાસ કરીને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઠંડક માટે આશાસ્પદ છે. ભૌતિકશાસ્ત્ર આપેલ દબાણ પર તત્વનું ઉત્કલન બિંદુ એ તત્વનું લાક્ષણિક લક્ષણ છે. આ પાણી અને સરળ આલ્કોહોલ સહિતના ઘણા સરળ સંયોજનો માટે પણ સાચું છે. એકવાર ઉકળતા શરૂ થઈ જાય અને જો ઉકળતા સ્થિર રહે અને દબાણ સ્થિર રહે, તો ઉકળતા પ્રવાહીનું તાપમાન સ્થિર રહે છે. આ લક્ષણ 100 ડિગ્રી સેલ્સિયસની વ્યાખ્યા તરીકે ઉત્કલન બિંદુઓને અપનાવવા તરફ દોરી ગયું. અસ્થિર પ્રવાહીના નિસ્યંદન મિશ્રણમાં તે મિશ્રણ માટે વિશિષ્ટ ઉત્કલન બિંદુ હોય છે જે ઘટકોના સતત મિશ્રણ સાથે વરાળ ઉત્પન્ન કરે છે-સતત ઉત્કલન મિશ્રણ. આ લક્ષણ પ્રવાહીના મિશ્રણને ઉકાળવાથી અલગ અથવા આંશિક રીતે અલગ કરવાની મંજૂરી આપે છે અને તે પાણીથી ઇથેનોલને અલગ કરવાના સાધન તરીકે જાણીતું છે. રેફ્રિજરેશન અને એર કન્ડીશનીંગનો ઉપયોગ મોટાભાગના પ્રકારના રેફ્રિજરેશન અને અમુક પ્રકારના એર-કન્ડીશનીંગ ગેસ સંકુચિત કરીને કામ કરે છે જેથી તે પ્રવાહી બને અને પછી તેને ઉકળવા દે. આ રેફ્રિજરેટર અથવા ફ્રીઝરને ઠંડું પાડતી આસપાસના વિસ્તારોમાંથી ગરમીને શોષી લે છે અથવા બિલ્ડિંગમાં પ્રવેશતી હવાને ઠંડક આપે છે. લાક્ષણિક પ્રવાહીમાં પ્રોપેન, એમોનિયા, કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અથવા નાઇટ્રોજનનો સમાવેશ થાય છે. પાણીને પીવાલાયક બનાવવા માટે પાણીને જંતુમુક્ત કરવાની એક પદ્ધતિ તરીકે, તેને તેના ઉકળતા બિંદુ પર લાવવું એ સૌથી જૂની અને સૌથી અસરકારક રીત છે કારણ કે તે સ્વાદને અસર કરતી નથી, તે તેમાં હાજર અશુદ્ધિઓ અથવા કણો હોવા છતાં અસરકારક છે, અને એક જ પગલાની પ્રક્રિયા છે જે આંતરડા સંબંધિત રોગો માટે જવાબદાર મોટાભાગના જીવાણુઓને દૂર કરે છે. પાણીનું ઉત્કલન બિંદુ દરિયાની સપાટી પર અને સામાન્ય બેરોમેટ્રિક દબાણ પર હોય છે. યોગ્ય જળ શુદ્ધિકરણ પ્રણાલી ધરાવતા સ્થળોએ, તેની ભલામણ માત્ર કટોકટીની સારવાર પદ્ધતિ તરીકે અથવા જંગલમાં અથવા ગ્રામીણ વિસ્તારોમાં પીવાનું પાણી મેળવવા માટે કરવામાં આવે છે, કારણ કે તે રાસાયણિક ઝેર અથવા અશુદ્ધિઓને દૂર કરી શકતું નથી. ઉકાળવાથી સુક્ષ્મસજીવોની નાબૂદી પ્રથમ ક્રમના ગતિશાસ્ત્રને અનુસરે છે-ઊંચા તાપમાને, તે ઓછા સમયમાં અને ઓછા તાપમાને, વધુ સમયમાં પ્રાપ્ત થાય છે. સુક્ષ્મસજીવોની ગરમીની સંવેદનશીલતા બદલાય છે, ગિયાર્ડિયા પ્રજાતિઓ (ગિયાર્ડિયાસિસનું કારણ બને છે) સંપૂર્ણ નિષ્ક્રિયતા માટે દસ મિનિટ લાગી શકે છે, મોટાભાગના આંતરડા સૂક્ષ્મજીવાણુઓને અસર કરે છે અને ઇ. કોલી (ગેસ્ટ્રોએન્ટેરાઇટિસ) એક મિનિટથી ઓછો સમય લે છે; ઉકળતા સમયે, વિબ્રિયો કોલેરા (કોલેરા) દસ સેકન્ડ લે છે અને હીપેટાઇટિસ એ વાયરસ (કમળના લક્ષણનું કારણ બને છે), એક મિનિટ લે છે. ઉકાળવાથી તમામ સુક્ષ્મસજીવોના નાબૂદીની ખાતરી થતી નથી; ક્લોસ્ટ્રિડિયમ બેક્ટેરિયાના બીજકણ ટકી શકે છે પરંતુ તે પાણીજન્ય અથવા આંતરડાને અસર કરતા નથી. આમ માનવ સ્વાસ્થ્ય માટે, પાણીનું સંપૂર્ણ વંધ્યીકરણ જરૂરી નથી. દસ મિનિટ માટે ઉકળતા પાણીની પરંપરાગત સલાહ મુખ્યત્વે વધારાની સલામતી માટે છે, કારણ કે સૂક્ષ્મજીવાણુઓ તેના કરતા વધુ તાપમાને દૂર થવાનું શરૂ કરે છે અને તેને તેના ઉત્કલન બિંદુ પર લાવવું એ પણ એક ઉપયોગી સંકેત છે જે થર્મોમીટરની મદદ વિના જોઈ શકાય છે, અને આ સમય સુધીમાં, પાણી જંતુમુક્ત થઈ જાય છે. ઊંચાઈ વધવાની સાથે ઉત્કલન બિંદુ ઘટતું જાય છે, તેમ છતાં તે જંતુનાશક પ્રક્રિયાને અસર કરવા માટે પૂરતું નથી. રાંધવામાં ઉકાળવું એ ઉકળતા પાણીમાં અથવા અન્ય પાણી આધારિત પ્રવાહી જેમ કે સ્ટોક અથવા દૂધમાં ખોરાક રાંધવાની પદ્ધતિ છે. ઉકળવું એ હળવું ઉકળવું છે, જ્યારે શિકારમાં રસોઈનું પ્રવાહી ચાલે છે પરંતુ ભાગ્યે જ પરપોટા પડે છે. પાણીનું ઉત્કલન બિંદુ સામાન્ય રીતે માનવામાં આવે છે, ખાસ કરીને દરિયાની સપાટી પર. દબાણ અને પ્રવાહીની રચનામાં ફેરફાર પ્રવાહીના ઉત્કલનબિંદુને બદલી શકે છે. ઉચ્ચ ઊંચાઈ પર રાંધવામાં સામાન્ય રીતે વધુ સમય લાગે છે કારણ કે ઉત્કલન બિંદુ એ વાતાવરણીય દબાણનું કાર્ય છે. લગભગ ઊંચાઈ પર, પાણી લગભગ ઉકળે છે. ખોરાકના પ્રકાર અને ઊંચાઈના આધારે, ઉકળતું પાણી ખોરાકને યોગ્ય રીતે રાંધવા માટે પૂરતું ગરમ ન પણ હોઈ શકે. તેવી જ રીતે, પ્રેશર કૂકરની જેમ દબાણ વધારવાથી સામગ્રીનું તાપમાન ખુલ્લી હવાના ઉત્કલન બિંદુથી ઉપર વધે છે. બોઇલ-ઇન-ધ-બેગ તરીકે પણ ઓળખાય છે, તેમાં જાડા પ્લાસ્ટિકની થેલીમાં સીલ કરેલા તૈયાર ખોરાકને ગરમ કરવા અથવા રાંધવાનો સમાવેશ થાય છે. ખોરાક ધરાવતી થેલી, જે ઘણીવાર સ્થિર હોય છે, તે નિર્ધારિત સમય માટે ઉકળતા પાણીમાં ડૂબી જાય છે. પરિણામી વાનગીઓ વધુ સગવડતા સાથે તૈયાર કરી શકાય છે કારણ કે આ પ્રક્રિયામાં કોઈ વાસણો અથવા તવાઓ ગંદા થતા નથી. આવા ભોજન કેમ્પિંગ તેમજ હોમ ડાઇનિંગ માટે ઉપલબ્ધ છે. બાષ્પીભવન સાથે વિરોધાભાસ કોઈપણ તાપમાન પર, પ્રવાહીમાંના અણુઓમાં વિવિધ ગતિ ઊર્જા હોય છે. પ્રવાહી સપાટી પરના કેટલાક ઉચ્ચ ઊર્જાના કણોમાં પ્રવાહીના આકર્ષણના આંતરઆણ્વિક બળોમાંથી છટકી જવા અને વાયુ બનવા માટે પૂરતી ઊર્જા હોઈ શકે છે. આને બાષ્પીભવન કહેવાય છે. બાષ્પીભવન માત્ર સપાટી પર થાય છે જ્યારે સમગ્ર પ્રવાહીમાં ઉત્કલન થાય છે. જ્યારે પ્રવાહી તેના ઉત્કલન બિંદુ સુધી પહોંચે છે ત્યારે તેમાં વાયુના પરપોટા બને છે જે સપાટી પર ઊઠે છે અને હવામાં ફાટી જાય છે. આ પ્રક્રિયાને ઉત્કલન કહેવામાં આવે છે. જો ઉકળતા પ્રવાહીને વધુ મજબૂત રીતે ગરમ કરવામાં આવે તો તાપમાનમાં વધારો થતો નથી પરંતુ પ્રવાહી વધુ ઝડપથી ઉકળે છે. આ તફાવત પ્રવાહી-થી-વાયુ સંક્રમણ માટે વિશિષ્ટ છે; ઘનથી સીધા વાયુમાં કોઈપણ સંક્રમણને હંમેશા તેના ઉત્કલન બિંદુ પર હોય કે નહીં તે ધ્યાનમાં લીધા વિના ઉદાત્તીકરણ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આ પણ જુઓ તબક્કો આકૃતિ તબક્કો સંક્રમણ વિસ્ફોટક ઉત્કલન અથવા તબક્કો વિસ્ફોટ પુનઃપ્રાપ્તિ સમય (રાંધણ) બાષ્પીભવન સંદર્ભોની એન્થાલ્પી રસોઈ તકનીકો તબક્કો સંક્રમણ ગરમી સ્થાનાંતરણ વાયુઓ