आइए बात करते हैं कि हीट ट्रांसफर क्या है। यह शब्द पदार्थ में ऊर्जा हस्तांतरण की प्रक्रिया को संदर्भित करता है। यह गर्मी समीकरण द्वारा वर्णित एक जटिल तंत्र द्वारा विशेषता है।
गर्मी हस्तांतरण की किस्में
गर्मी हस्तांतरण को कैसे वर्गीकृत किया जाता है? गर्मी चालन, संवहन, विकिरण प्रकृति में मौजूद ऊर्जा हस्तांतरण के तीन तरीके हैं।
उनमें से प्रत्येक की अपनी विशिष्ट विशेषताएं, विशेषताएं, प्रौद्योगिकी में अनुप्रयोग हैं।
तापीय चालकता
ऊष्मा की मात्रा को अणुओं की गतिज ऊर्जा के योग के रूप में समझा जाता है। जब वे टकराते हैं, तो वे अपनी गर्मी का कुछ हिस्सा ठंडे कणों में स्थानांतरित करने में सक्षम होते हैं। तापीय चालकता अधिकतम रूप से ठोस पदार्थों में प्रकट होती है, तरल पदार्थों के लिए कम विशिष्ट, गैसीय पदार्थों के लिए बिल्कुल विशिष्ट नहीं।
एक उदाहरण के रूप में जो एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में गर्मी स्थानांतरित करने के लिए ठोस पदार्थों की क्षमता की पुष्टि करता है, निम्नलिखित प्रयोग पर विचार करें।
अगर आप स्टील के तार पर धातु के बटन लगाते हैं, तो तार के सिरे को जलते हुए स्पिरिट लैंप के पास ले आएं, धीरे-धीरे उसमें से बटन गिरने लगेंगे। गर्म होने पर, अणु तेज गति से चलने लगते हैं, अधिक बारआपस में टकराते हैं। ये वे कण हैं जो ठंडे क्षेत्रों को अपनी ऊर्जा और गर्मी देते हैं। यदि तरल पदार्थ और गैसें गर्मी का पर्याप्त तेजी से बहिर्वाह प्रदान नहीं करते हैं, तो इससे गर्म क्षेत्र में तापमान प्रवणता में तेज वृद्धि होती है।
ऊष्मीय विकिरण
ऊर्जा हस्तांतरण के साथ किस प्रकार का गर्मी हस्तांतरण होता है, इस प्रश्न का उत्तर देते हुए, इस विशेष विधि पर ध्यान देना आवश्यक है। दीप्तिमान हस्तांतरण में विद्युत चुम्बकीय विकिरण द्वारा ऊर्जा का हस्तांतरण शामिल है। यह प्रकार 4000 K के तापमान पर देखा जाता है और इसे ऊष्मा चालन समीकरण द्वारा वर्णित किया जाता है। अवशोषण गुणांक एक निश्चित गैस की रासायनिक संरचना, तापमान, घनत्व पर निर्भर करता है।
हवा के गर्मी हस्तांतरण की एक निश्चित सीमा होती है, ऊर्जा प्रवाह में वृद्धि के साथ, तापमान ढाल बढ़ता है, अवशोषण गुणांक बढ़ता है। तापमान प्रवणता का मान रुद्धोष्म प्रवणता से अधिक होने के बाद, संवहन होगा।
गर्मी हस्तांतरण क्या है? यह सीधे संपर्क द्वारा या सामग्री को अलग करने वाले विभाजन के माध्यम से एक गर्म वस्तु से एक ठंडी वस्तु में ऊर्जा स्थानांतरित करने की भौतिक प्रक्रिया है।
यदि एक ही तंत्र के पिंडों का तापमान अलग-अलग होता है, तो ऊर्जा हस्तांतरण की प्रक्रिया तब तक होती है जब तक उनके बीच थर्मोडायनामिक संतुलन स्थापित नहीं हो जाता।
गर्मी हस्तांतरण सुविधाएँ
गर्मी हस्तांतरण क्या है? इस घटना की विशेषताएं क्या हैं? आप इसे पूरी तरह से नहीं रोक सकते, केवल आप ही कर सकते हैंइसकी गति कम करें? क्या प्रकृति और प्रौद्योगिकी में गर्मी हस्तांतरण का उपयोग किया जाता है? यह गर्मी हस्तांतरण है जो कई प्राकृतिक घटनाओं के साथ आता है और इसकी विशेषता है: ग्रहों और सितारों का विकास, हमारे ग्रह की सतह पर मौसम संबंधी प्रक्रियाएं। उदाहरण के लिए, बड़े पैमाने पर विनिमय के साथ, गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया आपको बाष्पीकरणीय शीतलन, सुखाने, प्रसार का विश्लेषण करने की अनुमति देती है। यह एक ठोस दीवार के माध्यम से तापीय ऊर्जा के दो वाहकों के बीच किया जाता है, जो निकायों के बीच एक इंटरफेस के रूप में कार्य करता है।
प्रकृति और प्रौद्योगिकी में गर्मी हस्तांतरण एक थर्मोडायनामिक प्रणाली के गुणों का विश्लेषण करते हुए, एक व्यक्तिगत शरीर की स्थिति को चित्रित करने का एक तरीका है।
फूरियर का नियम
इसे गर्मी चालन का नियम कहा जाता है, क्योंकि यह गर्मी के नुकसान की कुल शक्ति, तापमान के अंतर को समानांतर चतुर्भुज के पार-अनुभागीय क्षेत्र, इसकी लंबाई और तापीय चालकता के गुणांक के साथ जोड़ता है। उदाहरण के लिए, निर्वात के लिए, यह सूचक लगभग शून्य है। इस घटना का कारण निर्वात में भौतिक कणों की न्यूनतम सांद्रता है जो गर्मी ले जा सकता है। इस विशेषता के बावजूद, निर्वात में विकिरण द्वारा ऊर्जा हस्तांतरण का एक प्रकार है। थर्मस के आधार पर ऊष्मा अंतरण के उपयोग पर विचार करें। परावर्तन प्रक्रिया को बढ़ाने के लिए इसकी दीवारों को दोगुना किया जाता है। गर्मी के नुकसान को कम करते हुए, उनके बीच हवा को पंप किया जाता है।
संवहन
गर्मी हस्तांतरण क्या है, इस सवाल का जवाब देते हुए, तरल पदार्थों में गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया पर विचार करेंया गैसों में स्वतःस्फूर्त या मजबूर मिश्रण द्वारा। जबरन संवहन के मामले में, पदार्थ की गति बाहरी बलों की कार्रवाई के कारण होती है: पंखे के ब्लेड, पंप। एक समान विकल्प का उपयोग उन स्थितियों में किया जाता है जहां प्राकृतिक संवहन प्रभावी नहीं होता है।
उन मामलों में एक प्राकृतिक प्रक्रिया देखी जाती है, जब असमान ताप के साथ, पदार्थ की निचली परतों को गर्म किया जाता है। उनका घनत्व घटता है, वे ऊपर उठते हैं। इसके विपरीत, ऊपरी परतें ठंडी हो जाती हैं, भारी हो जाती हैं और नीचे गिर जाती हैं। इसके अलावा, प्रक्रिया को कई बार दोहराया जाता है, और मिश्रण के दौरान, भंवरों की संरचना में स्व-संगठन देखा जाता है, संवहन कोशिकाओं से एक नियमित जाली का निर्माण होता है।
प्राकृतिक संवहन के कारण बादल बनते हैं, वर्षा होती है और टेक्टोनिक प्लेट हिलती हैं। संवहन द्वारा ही सूर्य पर दाने बनते हैं।
गर्मी हस्तांतरण का उचित उपयोग न्यूनतम गर्मी हानि, अधिकतम खपत सुनिश्चित करता है।
संवहन का सार
संवहन की व्याख्या करने के लिए, आप आर्किमिडीज के नियम का उपयोग कर सकते हैं, साथ ही ठोस और तरल पदार्थों के थर्मल विस्तार का भी उपयोग कर सकते हैं। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, तरल का आयतन बढ़ता है और घनत्व कम होता जाता है। आर्किमिडीज बल के प्रभाव में, एक हल्का (गर्म) तरल ऊपर की ओर जाता है, और ठंडी (घनी) परतें नीचे गिरती हैं, धीरे-धीरे गर्म हो जाती हैं।
जब तरल को ऊपर से गर्म किया जाता है, तो गर्म तरल अपनी मूल स्थिति में रहता है, इसलिए कोई संवहन नहीं देखा जाता है। इस तरह काम करता है चक्रतरल पदार्थ, जो गर्म क्षेत्रों से ठंडे स्थानों तक ऊर्जा के हस्तांतरण के साथ होता है। गैसों में संवहन एक समान क्रियाविधि के अनुसार होता है।
थर्मोडायनामिक दृष्टिकोण से, संवहन को गर्मी हस्तांतरण का एक प्रकार माना जाता है, जिसमें आंतरिक ऊर्जा का स्थानांतरण असमान रूप से गर्म किए गए पदार्थों के अलग-अलग प्रवाह से होता है। इसी तरह की घटना प्रकृति और रोजमर्रा की जिंदगी में होती है। उदाहरण के लिए, खिड़की के पास फर्श से न्यूनतम ऊंचाई पर हीटिंग रेडिएटर स्थापित किए जाते हैं।
ठंडी हवा को बैटरी से गर्म किया जाता है, फिर धीरे-धीरे ऊपर की ओर उठती है, जहां यह खिड़की से उतरती हुई ठंडी हवा के साथ मिल जाती है। संवहन से कमरे में एक समान तापमान की स्थापना होती है।
वायुमंडलीय संवहन के सामान्य उदाहरणों में हवाएं हैं: मानसून, हवाएं। पृथ्वी के कुछ टुकड़ों पर गर्म होने वाली हवा दूसरों पर ठंडी होती है, जिसके परिणामस्वरूप यह प्रसारित होती है, नमी और ऊर्जा स्थानांतरित होती है।
प्राकृतिक संवहन की विशेषताएं
यह एक साथ कई कारकों से प्रभावित होता है। उदाहरण के लिए, प्राकृतिक संवहन की दर पृथ्वी की दैनिक गति, समुद्री धाराओं और सतह स्थलाकृति से प्रभावित होती है। यह संवहन है जो ज्वालामुखी के क्रेटर और धुएं के पाइप से बाहर निकलने, पहाड़ों के निर्माण, विभिन्न पक्षियों के उड़ने का आधार है।
निष्कर्ष में
थर्मल रेडिएशन एक निरंतर स्पेक्ट्रम वाली विद्युत चुम्बकीय प्रक्रिया है, जो पदार्थ द्वारा उत्सर्जित होती है, आंतरिक ऊर्जा के कारण होती है। थर्मल विकिरण की गणना करने के लिए, मेंभौतिकी ब्लैकबॉडी मॉडल का उपयोग करती है। स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मान नियम का प्रयोग करते हुए उष्मीय विकिरण का वर्णन कीजिए। ऐसे शरीर की विकिरण शक्ति सतह क्षेत्र और शरीर के तापमान के सीधे आनुपातिक होती है, जिसे चौथी शक्ति में ले जाया जाता है।
गैर-समान तापमान वितरण वाले किसी भी निकाय में तापीय चालकता संभव है। घटना का सार अणुओं और परमाणुओं की गतिज ऊर्जा में परिवर्तन है, जो शरीर के तापमान को निर्धारित करता है। कुछ मामलों में, तापीय चालकता को एक निश्चित पदार्थ की ऊष्मा का संचालन करने की मात्रात्मक क्षमता माना जाता है।
ऊष्मीय ऊर्जा विनिमय की बड़े पैमाने की प्रक्रियाएं सौर विकिरण द्वारा पृथ्वी की सतह को गर्म करने तक सीमित नहीं हैं।
पृथ्वी के वायुमंडल में गंभीर संवहन धाराएं पूरे ग्रह में मौसम की स्थिति में बदलाव की विशेषता हैं। ध्रुवीय और भूमध्यरेखीय क्षेत्रों के बीच वातावरण में तापमान के अंतर के साथ, संवहन प्रवाह उत्पन्न होते हैं: जेट स्ट्रीम, व्यापारिक हवाएं, ठंडे और गर्म मोर्चे।
पृथ्वी की कोर से सतह पर गर्मी के स्थानांतरण से ज्वालामुखी विस्फोट होता है, गीजर का निर्माण होता है। कई क्षेत्रों में, भूतापीय ऊर्जा का उपयोग बिजली उत्पन्न करने, आवासीय और औद्योगिक परिसरों को गर्म करने के लिए किया जाता है।
यह गर्मी है जो कई उत्पादन प्रौद्योगिकियों में एक अनिवार्य भागीदार बन जाती है। उदाहरण के लिए, धातुओं का प्रसंस्करण और गलाने, भोजन का निर्माण, तेल शोधन, इंजनों का संचालन - यह सब केवल तापीय ऊर्जा की उपस्थिति में किया जाता है।
