चायदानी प्रभाव

चायदानी प्रभाव, जिसे ड्रिब्लिंग के रूप में भी जाना जाता है, एक द्रव गतिकी घटना है जो तब होती है जब एक कंटेनर से डाला जा रहा तरल चाप में बहने के बजाय टोंटी या पोत के शरीर से नीचे चला जाता है।

मार्कस रेनर ने 1956 में चायदानी प्रभाव शब्द गढ़ा था, जो तरल पदार्थ डालने के दौरान एक बर्तन के किनारे से टपकने की प्रवृत्ति का वर्णन करता है।रेनर ने 1913 में टीयू वीन में अपनी पीएचडी प्राप्त की और रियोलॉजी के रूप में ज्ञात प्रवाह व्यवहार के अध्ययन के विकास में महत्वपूर्ण योगदान दिया।रेनर का मानना ​​था कि चायदानी के प्रभाव को बर्नौली के सिद्धांत द्वारा समझाया जा सकता है, जिसमें कहा गया है कि द्रव की गति में वृद्धि हमेशा इसके दबाव में कमी के साथ होती है। जब चाय को चायदानी से डाला जाता है, तरल की गति बढ़ जाती है क्योंकि यह संकीर्ण टोंटी के माध्यम से बहती है। रेनर ने सोचा था कि दबाव में यह कमी तरल को बर्तन के किनारे नीचे गिराने का कारण बनती है।हालाँकि, 2021 के एक अध्ययन में इस घटना का प्राथमिक कारण जड़ता और केशिका क्रिया की परस्पर क्रिया पाया गया।अध्ययन में पाया गया कि कंटेनर की दीवार और तरल सतह के बीच का कोण जितना छोटा होता है, चायदानी का प्रभाव उतना ही धीमा होता है।

अनुसंधान

1950 के आसपास, Technion - Israel Institute of Technology (Israel) और New York University के शोधकर्ताओं ने इस प्रभाव को वैज्ञानिक रूप से समझाने की कोशिश की।वास्तव में, दो घटनाएं हैं जो इस प्रभाव में योगदान करती हैं: एक ओर, इसे समझाने के लिए बर्नौली समीकरण का उपयोग किया जाता है, दूसरी ओर, तरल और टोंटी सामग्री के बीच आसंजन भी महत्वपूर्ण होता है।

बरनौली की व्याख्या के अनुसार, बाहर डालते समय टोंटी के अंदरूनी किनारे पर तरल को दबाया जाता है, क्योंकि अंत, किनारे पर दबाव की स्थिति में काफी बदलाव होता है; आसपास का वायु दाब तरल को टोंटी की ओर धकेलता है। एक उपयुक्त पॉट ज्योमेट्री (या पर्याप्त उच्च डालने की गति) की मदद से यह टाला जा सकता है कि तरल टोंटी तक पहुँचता है और इस प्रकार चायदानी के प्रभाव को ट्रिगर करता है। जलगतिकी के नियम (प्रवाह सिद्धांत) इस स्थिति का वर्णन करते हैं, प्रासंगिक लोगों को निम्नलिखित खंडों में समझाया गया है।

चूंकि आसंजन भी एक भूमिका निभाता है, टोंटी की सामग्री या तरल के प्रकार (पानी, शराब या तेल, उदाहरण के लिए) भी चायदानी प्रभाव की घटना के लिए प्रासंगिक है।

Coandă प्रभाव का कभी-कभी इस संदर्भ में उल्लेख किया जाता है,लेकिन यह शायद ही कभी वैज्ञानिक साहित्य में उद्धृत किया गया हैऔर इसलिए ठीक से परिभाषित नहीं किया गया है। कई बार इसमें कई अलग-अलग घटनाएँ मिली-जुली लगती हैं।

निरंतरता समीकरण

जलगतिकी में प्रवाहित द्रवों के व्यवहार को प्रवाह रेखाओं द्वारा चित्रित किया जाता है। वे उसी दिशा में चलते हैं जिस दिशा में स्वयं प्रवाह होता है। यदि बहता हुआ तरल एक किनारे से टकराता है, तो प्रवाह एक छोटे क्रॉस-सेक्शन में संकुचित हो जाता है। यह केवल तभी टूटता नहीं है जब तरल कणों की प्रवाह दर स्थिर रहती है, भले ही एक काल्पनिक क्रॉस सेक्शन (प्रवाह के लंबवत) स्थित हो। तो एक क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र के माध्यम से द्रव्यमान की उतनी ही मात्रा प्रवाहित होनी चाहिए जितनी दूसरे से प्रवाहित होती है। कोई अब इससे निष्कर्ष निकाल सकता है, लेकिन वास्तविकता में यह भी देख सकता है कि प्रवाह बाधाओं पर तेज हो जाता है और स्ट्रीमलाइन बंडल हो जाती है। यह स्थिति अशांत प्रवाह के लिए निरंतरता समीकरण का वर्णन करती है।

बरनौली समीकरण

लेकिन अगर आप प्रवाह की गति को बदलते हैं तो प्रवाह में दबाव की स्थिति का क्या होता है? वैज्ञानिक डेनियल बर्नोली ने 18वीं सदी की शुरुआत में ही इस सवाल का जवाब दिया। ऊपर वर्णित निरंतरता के विचारों के आधार पर, उन्होंने दबाव और गति की दो मात्राओं को जोड़ा। बर्नौली समीकरण का मुख्य कथन यह है कि तरल में दबाव गिरता है जहां वेग बढ़ता है (और इसके विपरीत): बर्नौली और वेंचुरी के अनुसार प्रवाह करें।

प्रभाव

कैन टोंटी के किनारे पर प्रवाह में दबाव कम हो जाता है। हालाँकि, चूंकि प्रवाह के बाहर हवा का दबाव हर जगह समान होता है, इसलिए दबाव में अंतर होता है जो तरल को किनारे की ओर धकेलता है। प्रयुक्त सामग्री के आधार पर, टोंटी के बाहर अब प्रवाह प्रक्रिया के दौरान गीला हो जाता है। इस बिंदु पर, अतिरिक्त इंटरफेसियल बल उत्पन्न होते हैं: तरल टोंटी के साथ एक संकीर्ण धारा के रूप में चलता है और जब तक यह नीचे से अलग नहीं हो जाता।

अवांछित चायदानी प्रभाव केवल धीरे-धीरे और सावधानी से डालने पर होता है।तेजी से डालने पर, टोंटी से बिना टपके चाप में तरल बहता है, इसलिए इसे अपेक्षाकृत उच्च वेग दिया जाता है जिसके साथ तरल किनारे से दूर चला जाता है (इवेंजलिस्ता टोरिकेली बहिर्वाह वेग देखें)। बर्नौली समीकरण से उत्पन्न दबाव अंतर प्रवाह को इस हद तक प्रभावित करने के लिए पर्याप्त नहीं है कि तरल टोंटी के किनारे के चारों ओर धकेल दिया जाता है।

चूंकि प्रवाह की स्थिति को गणितीय रूप से वर्णित किया जा सकता है, एक महत्वपूर्ण बहिर्वाह वेग भी परिभाषित किया गया है। यदि यह नीचे गिरता है, तो तरल बर्तन में बह जाता है; यह टपकता है। सैद्धांतिक रूप से, इस गति की गणना एक विशिष्ट कैन ज्यामिति, वर्तमान वायु दबाव और कैन के भरण स्तर, टोंटी सामग्री, तरल की चिपचिपाहट और डालने के कोण के लिए की जा सकती है। चूंकि, भरण स्तर के अलावा, अधिकांश प्रभावशाली चरों को बदला नहीं जा सकता (कम से कम अभ्यास में पर्याप्त रूप से सटीक नहीं), चायदानी प्रभाव से बचने का एकमात्र तरीका आमतौर पर बर्तन के लिए उपयुक्त ज्यामिति का चयन करना है।

एक अन्य घटना गैस अणुओं (एक तरफा जल जेट पंपिंग प्रभाव) के प्रवेश के कारण टोंटी और तरल के जेट के बीच हवा के दबाव में कमी है, ताकि विपरीत दिशा में हवा का दबाव तरल के जेट को धक्का दे। टोंटी पक्ष। हालांकि, आमतौर पर चाय डालते समय प्रचलित परिस्थितियों में, यह प्रभाव शायद ही दिखाई देगा।

परिणाम

बर्तन के उदाहरण

एक अच्छे जग में, फैशन की परवाह किए बिना, एक आंसू-बंद किनारे (यानी कोई गोल किनारा नहीं) के साथ एक टोंटी होनी चाहिए ताकि किनारे के चारों ओर दौड़ना अधिक कठिन हो। और - और भी महत्वपूर्ण - किनारे के बाद, टोंटी को पहले ऊपर की ओर ले जाना चाहिए (इस बात की परवाह किए बिना कि जग किस स्थिति में है)। नतीजतन, तरल डालने पर टोंटी के किनारे के चारों ओर जाने के बाद तरल को ऊपर की ओर बहने के लिए मजबूर किया जाएगा, लेकिन गुरुत्वाकर्षण द्वारा इसे रोका जाता है। इस प्रकार प्रवाह धीरे-धीरे डालने पर भी गीलापन का विरोध कर सकता है और तरल टोंटी के नीचे की ओर झुके हुए हिस्से और जग के शरीर तक नहीं पहुँचता है।

दाईं ओर की छवि तीन जहाजों को खराब डालने वाले व्यवहार के साथ दिखाती है। यहां तक ​​कि एक क्षैतिज स्थिति में, जो मेज पर खड़ा है, स्पाउट्स के निचले किनारे ऊपर की ओर इशारा नहीं करते हैं।पीछे अच्छी तरह से गठित युक्तियों के परिणामस्वरूप अच्छी प्रवाह विशेषताओं वाले चार बर्तन हैं। यहाँ, टोंटी के निचले किनारे पर द्रव 45° से कम के कोण पर ऊपर उठता है।आंशिक रूप से, यह केवल तभी स्पष्ट हो जाता है जब कोई सामान्य अधिकतम भरण स्तर पर विचार करता है: उदाहरण के लिए, सबसे दाईं ओर का ग्लास कैफ़े, अपनी पतली गर्दन के कारण पहली नज़र में एक खराब पाउरर प्रतीत होता है। हालांकि, चूंकि इस तरह के जहाजों को आम तौर पर फ्लास्क के गोल हिस्से के किनारे तक भरा जाता है, इसलिए क्षैतिज रूप से डालने पर गर्दन पर एक लाभप्रद वृद्धि प्राप्त होती है। डालने पर तरल के लिए ऊपर की ओर कोण। दाईं ओर दो निचले जग के साथ, टोंटी की उच्च स्थिति (अधिकतम भरने के स्तर से ऊपर) का मतलब है कि डालने से पहले बर्तन को थोड़ा सा झुकाना पड़ता है, ताकि टोंटी को भी किनारे के बाद सीधे ऊपर धकेला जा सके ( गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ)। दर्शाता है।

चायदानी के प्रभाव से बचने के लिए, बर्तन को कम भरा जा सकता है, ताकि शुरू से ही एक बड़ा झुकाव कोण आवश्यक हो। हालांकि, प्रभाव या आदर्श भरने का स्तर फिर से कैन की ज्यामिति पर निर्भर करता है।

चायदानी का प्रभाव बोतलों के साथ नहीं होता है क्योंकि बोतल की पतली गर्दन डालने पर हमेशा ऊपर की ओर इशारा करती है; इसलिए करंट को काफी ऊपर की ओर बहना होगा।प्रयोगशाला में तरल रसायनों के लिए अक्सर बोतल जैसे कंटेनरों का उपयोग किया जाता है। टपकने से रोकने के लिए कुछ सामग्रियों का भी उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए कांच, जिसे आसानी से आकार दिया जा सकता है या यहां तक ​​​​कि सबसे तेज संभव किनारों को बनाने के लिए, या टेफ्लॉन, उदाहरण के लिए, जो ऊपर वर्णित आसंजन प्रभाव को कम करता है।

यह भी देखें

• आसंजन
• कोंडा प्रभाव
• स्टाल (द्रव गतिकी)
• Spout (teapot)

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