चालकता किसी पिंड या सामग्री की ऊष्मा संचारित करने की क्षमता है। ऐसा करने पर यह किसी ठोस वस्तु से होकर या एक वस्तु से दूसरी वस्तु की ओर गति करती है, क्योंकि ये दोनों एक दूसरे के संपर्क में हैं। गर्मी के पूरे शरीर से गुजरने का यही एकमात्र तरीका है। प्रश्न उठता है: "हवा और अन्य सामग्री गर्मी का संचालन कैसे करती है?" लेख में पता करें!
तापीय चालकता
किसी वस्तु के भीतर ऊष्मा को स्थानांतरित करने की क्षमता को तापीय चालकता कहा जाता है। यह गुण k अक्षर से निरूपित होता है, और इसे W / (m × K) में मापा जाता है। विभिन्न सामग्रियों के लिए तापीय चालकता मान भिन्न होते हैं। तो, सोना, चांदी और तांबे में उच्च तापीय चालकता होती है। वैसे ये पदार्थ विद्युत के सुचालक भी होते हैं। हवा गर्मी का संचालन कैसे करती है? उत्तर संक्षिप्त है: यह एक खराब कंडक्टर है। सोने, चांदी और तांबे की उच्च चालकता इस तथ्य के कारण है कि आवेश के हस्तांतरण के लिए जिम्मेदार इलेक्ट्रॉन भी तापीय ऊर्जा के हस्तांतरण में भाग लेते हैं।
लेकिन कांच और खनिज ऊन जैसी सामग्री में कम तापीय चालकता होती है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि ठोस के अंदर तापीय ऊर्जा के हस्तांतरण के लिए उनके पास बहुत कम "मुक्त" इलेक्ट्रॉन हैं। इस प्रकार की सामग्री को इंसुलेटर कहा जाता है। गर्मी हस्तांतरण की दर (अर्थात, तापीय ऊर्जा की गति की दर) सीधे तापीय चालकता, तापमान अंतर और संपर्क क्षेत्र और शरीर के पास मौजूद सामग्री पर निर्भर करती है। उसी कारण से, यह नहीं कहा जा सकता है कि हवा गर्मी का अच्छी तरह से संचालन करती है।
यदि पदार्थ ऊष्मा का सुचालक है, तो यह शरीर में शीघ्रता से गति करता है। धातुओं का व्यापक रूप से गर्मी हस्तांतरण उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाता है क्योंकि उनके पास ऐसे गुण होते हैं जो गर्मी से जुड़े अत्यधिक तापमान को सहते हुए गर्मी को प्रसारित करने की अनुमति देते हैं।
यह इलेक्ट्रान हैं जो तापीय ऊर्जा के हस्तांतरण के साथ-साथ विद्युत आवेश के लिए जिम्मेदार हैं। अतः धातुएँ ऊष्मा और विद्युत की सुचालक होती हैं! यहीं पर इस प्रश्न का उत्तर निहित है: "वायु ऊष्मा का कुचालक क्यों है?"
हालांकि, विद्युत चालकता (जो इलेक्ट्रॉनों के आवेश से संबंधित है) को भ्रमित न करें, जब आपका मतलब तापीय चालकता (जो इलेक्ट्रॉन ऊर्जा हस्तांतरण से संबंधित है)।
हम अनुभव से साबित करते हैं
धातु की छड़ के एक सिरे को आंच पर रखने की कोशिश करें - कुछ मिनटों के बाद यह गर्म हो जाएगा।
अब लकड़ी की छड़ी के सिरे को आग में पकड़ें और अंत इतना गर्म हो जाएगा कि अंत में आग लग जाएगी। हालाँकि, छड़ी का अंत जिसके लिएतुम रुको, अपेक्षाकृत शांत रहो।
इसकी संरचना के कारण शरीर के पूरे आयतन में गर्मी नहीं फैलती है: इसकी संरचना से इलेक्ट्रॉनों के लिए सामग्री के माध्यम से गर्मी को स्थानांतरित करना मुश्किल हो जाता है।
इस प्रकार, रोज़मर्रा के अनुभव से पता चलता है कि लकड़ी गर्मी की अच्छी संवाहक नहीं है। यदि आपने कभी माइक्रोस्कोप के नीचे लकड़ी का एक खंड देखा है, तो आपने शायद लकड़ी की संरचना पर ध्यान दिया है: यह अलग-अलग कोशिकाओं से बना है जो इन्सुलेटर के रूप में कार्य करते हैं क्योंकि वे आपस में जुड़े नहीं हैं। कोशिकाएँ एक धारा में पत्थरों की तरह बिखरी हुई हैं। धातुओं की तुलना में ऐसी सामग्री के माध्यम से गर्मी बहुत धीमी गति से यात्रा करती है, जहां परमाणु त्रि-आयामी "जाली" में एक साथ बंधे होते हैं।
वायु ऊष्मा की कुचालक है। रोजमर्रा की जिंदगी का अनुभव दिखाता है: खिड़कियों की संरचना को याद रखें। उनमें हमेशा कम से कम दो गिलास होते हैं, जिसके बीच एक हवा "कुशन" होती है। यह परत कमरे में बिना बाहर निकले गर्मी बनाए रखने में मदद करती है।
इसलिए, यदि किसी ठोस वस्तु के एक भाग पर सीधे तापीय ऊर्जा लागू की जाती है, तो वस्तु में इलेक्ट्रॉन उत्तेजित हो जाते हैं। इसके परिणामस्वरूप परमाणु जाली कंपन होते हैं जो वस्तु के माध्यम से यात्रा करते हैं, तापमान को पास करते समय बढ़ाते हैं। एक ठोस के भीतर लिंक जितने करीब होंगे, उतनी ही तेजी से गर्मी हस्तांतरण होगा।
तरल पदार्थ ऊष्मा के कुचालक होते हैं
यदि आप पानी की एक परखनली के तल पर एक आइस क्यूब लगाते हैं (ऐसा करने के लिए आपको एक वजन का उपयोग करने की आवश्यकता है, अन्यथा यह सतह पर तैर जाएगा, इसलिएजैसे बर्फ का घनत्व पानी से कम होता है) और फिर ट्यूब के ऊपर पानी गर्म करें, आप पाएंगे कि पानी ट्यूब के ऊपर उबल जाएगा और बर्फ का क्यूब जम जाएगा।
यह इस तथ्य के कारण है कि पानी गर्मी का कुचालक है। अधिकांश गर्मी ट्यूब के शीर्ष पर पानी के अंदर एक संवहन धारा में चली जाएगी, इसका केवल एक छोटा सा हिस्सा बर्फ के घन में डूब जाएगा।
हवा गर्मी का संचालन कैसे करती है?
वायु गैसों का संग्रह है। यद्यपि यह संवहन के लिए उत्कृष्ट है, लेकिन यह जितनी ऊष्मा को स्थानांतरित कर सकता है वह न्यूनतम है क्योंकि पदार्थ का छोटा द्रव्यमान अधिक ऊष्मा को संग्रहीत नहीं कर सकता है - यही कारण है कि इसे एक अच्छा संवाहक नहीं माना जाता है। वायु के रोधक गुण मानव जाति द्वारा दैनिक जीवन में उपयोग किए जाते हैं। इसलिए, इनका उपयोग किसी भवन की दीवारों में कूलरों को इन्सुलेट करने के लिए किया जाता है। यहां तक कि थर्मॉस का कार्य भी इस तथ्य पर आधारित है कि हवा गर्मी का अच्छी तरह से संचालन नहीं करती है। वास्तव में कई उदाहरण हैं!
तो इस घटना का कारण क्या है? चूंकि हवा घनी नहीं है, इसलिए तापीय ऊर्जा को चालन के माध्यम से स्थानांतरित करने के लिए एक निश्चित मात्रा में द्रव्यमान उपलब्ध है। इसलिए, यह एक खराब कंडक्टर है, लेकिन एक उत्कृष्ट इन्सुलेटर है। फिर भी, इस सवाल का जवाब: "क्या हवा गर्मी का संचालन करती है?" - इतना स्पष्ट नहीं। तो, निम्नलिखित घटनाओं पर विचार करें।
विकिरण तरंगों या उत्तेजित कणों के माध्यम से ऊर्जा का स्थानांतरण है। हवा एक थर्मल गैप बनाती है जो थर्मल ऊर्जा को इसे दूर करने की अनुमति नहीं देती है। गर्मी को सतह से तक विकीर्ण किया जाना चाहिएहवा के कण, तो इसे हवा से विपरीत सतह पर विकीर्ण किया जाना चाहिए। तीन पदार्थों के बीच ऊष्मा बहुत धीमी गति से चलती है, और अधिकांश स्थानांतरित ऊष्मा ऊर्जा हवा में अवशोषित हो जाती है।
संवहन एक तरल या गैस के माध्यम से गर्मी के अवशोषण के कारण घनत्व में कमी के कारण गर्मी की गति है। ऐसे में वायु के गुण अत्यंत उपयोगी हो जाते हैं। यह एक अछूता कंटेनर या स्थान से गर्मी स्थानांतरित करके भी ऊपर की ओर बढ़ता है। इसलिए, गर्मी को दूर करने के लिए संवहन का उपयोग किया जाता है और सतह को ठंडा करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। हवा में संवहन के माध्यम से गर्मी का वितरण कुछ हद तक अक्षम है, हालांकि इसका उपयोग कई शीतलन उद्देश्यों के लिए किया जाता है। हाँ, वायु ऊष्मा की कुचालक है।
इन्सुलेशन उदाहरण
इन्सुलेशन का उपयोग कई उद्देश्यों के लिए किया जाता है। इनमें से कुछ में शीतल पेय और भोजन, दीवारों में हवा के अंतराल पैदा करना और रसोई के बर्तनों में हवा की जेब डालना शामिल है। हवा कैसे गर्मी का संचालन करती है इसकी विशेषताएं इन्सुलेट फोम पर भी लागू होती हैं।
निष्कर्ष
चालकता एक ठोस शरीर के माध्यम से गर्मी का मार्ग है। यह संवहन की घटना से अलग है कि प्रक्रिया में पदार्थ की कोई गति नहीं होती है। अब हम जानते हैं कि हवा गर्मी का अच्छी तरह से संचालन करती है और क्यों।
