একটি বড় গাছের বাষ্পোৎসর্জন: প্রাকৃতিক শীতাতপনিয়ন্ত্রক?

1. $500\,\text{L}=5{,}0\times10^{-1}\,\text{m}^3$, তাই

$$m=\rho_{\mathrm{w}}V=1{,}0\times10^3\times5{,}0\times10^{-1}=5{,}0\times10^2\,\text{kg},$$

এবং

$$Q_{\mathrm{evap}}=mL_v=5{,}0\times10^2\times2{,}26\times10^6=1{,}13\times10^9\,\text{J}.$$

এর মাত্রার ক্রম এক গিগাজুল।

2. বাষ্পীভবন একটি তাপগ্রাহী দশা পরিবর্তন: এর জন্য $Q_{\mathrm{evap}}$ শক্তি প্রয়োজন। এই শক্তি মূলত পাতা শোষণ করা সৌর বিকিরণ থেকে আসে: পাতাকে গরম করার (প্রকট তাপ) পরিবর্তে, শোষিত সৌরশক্তি বাষ্পীভবনের সুপ্ত তাপে রূপান্তরিত হয়। ফলে শোষিত সব শক্তি তাপমাত্রা বৃদ্ধিতে রূপান্তরিত হলে যতটা গরম হতো, পাতা তার চেয়ে ঠান্ডা থাকে—এখান থেকেই বাষ্পোৎসর্জনের শীতলীকরণ প্রভাব আসে। 3. বারো ঘণ্টা মানে $\tau=12\times3600=4{,}32\times10^4\,\text{s}$। অতএব

$$P_{\mathrm{tree}}=\frac{Q_{\mathrm{evap}}}{\tau} =\frac{1{,}13\times10^9}{4{,}32\times10^4} \approx2{,}62\times10^4\,\text{W},$$

এবং পাতার ছাউনির $50\,\text{m}^2$ ক্ষেত্রফলে

$$\frac{P_{\mathrm{tree}}}{A_{\mathrm{tree}}}\approx5{,}2\times10^2\,\text{W}\!\cdot\!\text{m}^{-2}.$$

যুক্তিসঙ্গততার যাচাই: যেহেতু এই শক্তি মূলত শোষিত সৌর বিকিরণ থেকে আসে (প্রশ্ন ২), তাই লক্ষণীয় যে $5{,}2\times10^2\,\text{W}\!\cdot\!\text{m}^{-2}$ পরিষ্কার আকাশে ভূপৃষ্ঠে প্রাপ্ত সৌর বিকিরণের সমান মাত্রার ক্রমের—যা সর্বোচ্চ প্রায় $10^3\,\text{W}\!\cdot\!\text{m}^{-2}$ পৌঁছায় এবং দৈনিক গড়ে কয়েকশো $\text{W}\!\cdot\!\text{m}^{-2}$ হয়। এটি নিশ্চিত করে যে পর্যাপ্ত জল পাওয়া একটি গাছ, গরম ও রৌদ্রোজ্জ্বল দিনে, বাষ্পোৎসর্জনের মাধ্যমে তার প্রাপ্ত সৌরশক্তির একটি উল্লেখযোগ্য অংশ প্রকৃতপক্ষে অপসারণ করতে পারে।

4. উপযোগী শীতলীকরণ ক্ষমতা

$$P_{\mathrm{cool}}=\mathrm{COP}\,P_{\mathrm{elec}}=3{,}0\times7{,}0\times10^2=2{,}1\times10^3\,\text{W}.$$

কক্ষের ক্ষেত্রফল অনুসারে

$$\frac{P_{\mathrm{cool}}}{A_{\mathrm{room}}}=\frac{2{,}1\times10^3}{20}\approx1{,}1\times10^2\,\text{W}\!\cdot\!\text{m}^{-2}.$$

এই মডেলে গাছের প্রতি ক্ষেত্রফল বাষ্পোৎসর্জন ক্ষমতা একটি সাধারণ শীতাতপনিয়ন্ত্রকের প্রায় পাঁচ গুণ।

5. তুলনাটি শুধু শক্তির প্রবাহ নিয়ে। শীতাতপনিয়ন্ত্রক একটি বদ্ধ, নিয়ন্ত্রিত আয়তন ঠান্ডা করে; গাছের বাষ্প বায়ুমণ্ডলে ছড়িয়ে যায় এবং বাতাস আবার গরম বায়ু আনে। অনুভূত প্রভাব বায়ু চলাচল, আর্দ্রতা, পরিবেশের তাপমাত্রা ও গাছ থেকে দূরত্বের উপর নির্ভর করে। সূর্যালোক, বাতাস, আর্দ্রতা, প্রজাতি ও জলের প্রাপ্যতার সঙ্গে বাষ্পোৎসর্জনও বদলায় এবং খরায় খুব কমে যেতে পারে। অন্যদিকে গাছ ছায়াও দেয়। তাই হিসাবগুলি মাত্রার ক্রমের তুলনা দেয়, সমান তাপীয় আরামের নিশ্চয়তা নয়। 6. বাস্তবে ঘরোয়া উদ্ভিদের শীতলীকরণ খুব সামান্য হবে। অধিকাংশ উদ্ভিদের আলোতে পত্ররন্ধ্র খোলে এবং জলীয় বাষ্প বের হয়; ঘরের কম আলোতে পত্ররন্ধ্র কম খোলে। কম বায়ু চলাচলের ঘরে আর্দ্রতা বাড়লেও বাষ্পীভবন ধীরে যায়। অনেক উদ্ভিদ অল্প স্থানীয় বাষ্পীভবনজনিত শীতলতা দিলেও শীতাতপনিয়ন্ত্রকের বিকল্প নয়। আর্দ্র বায়ু বাইরে পাঠাতে বায়ু নবায়ন দরকার। তীব্র কৃত্রিম আলো বাষ্পোৎসর্জন বাড়াতে পারে, কিন্তু তার বৈদ্যুতিক শক্তি শেষ পর্যন্ত ঘরেই প্রায় পুরোটা তাপে পরিণত হয়। ক্যাকটাসসহ শুষ্ক পরিবেশে অভিযোজিত CAM উদ্ভিদ ব্যতিক্রম: তাদের পত্ররন্ধ্র প্রধানত রাতে খোলে।