गर्मी हस्तांतरण के प्रकार: गर्मी हस्तांतरण गुणांक

2024 लेखक: Howard Calhoun | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 10:28

किसी भी भौतिक शरीर में ऊष्मा जैसी विशेषता होती है, जो घट-बढ़ सकती है। गर्मी एक भौतिक पदार्थ नहीं है: किसी पदार्थ की आंतरिक ऊर्जा के हिस्से के रूप में, यह अणुओं की गति और बातचीत के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है। चूंकि विभिन्न पदार्थों की ऊष्मा भिन्न हो सकती है, इसलिए गर्म पदार्थ से कम ऊष्मा वाले पदार्थ में ऊष्मा स्थानांतरित करने की प्रक्रिया होती है। इस प्रक्रिया को गर्मी हस्तांतरण कहा जाता है। हम इस लेख में मुख्य प्रकार के गर्मी हस्तांतरण और उनकी क्रिया के तंत्र पर विचार करेंगे।

गर्मी हस्तांतरण का निर्धारण

गर्मी हस्तांतरण, या तापमान हस्तांतरण की प्रक्रिया, पदार्थ के अंदर और एक पदार्थ से दूसरे पदार्थ दोनों में हो सकती है। इसी समय, गर्मी हस्तांतरण की तीव्रता काफी हद तक पदार्थ के भौतिक गुणों, पदार्थों के तापमान (यदि कई पदार्थ गर्मी हस्तांतरण में भाग लेते हैं) और भौतिकी के नियमों पर निर्भर करती है। हीट ट्रांसफर एक ऐसी प्रक्रिया है जो हमेशा एकतरफा चलती है। गर्मी हस्तांतरण का मुख्य सिद्धांत यह है कि सबसे गर्म शरीर हमेशा कम तापमान वाली वस्तु को गर्मी देता है। उदाहरण के लिए, कपड़े इस्त्री करते समय, एक गर्म लोहापतलून को गर्मी देता है, और इसके विपरीत नहीं। गर्मी हस्तांतरण एक समय पर निर्भर घटना है जो अंतरिक्ष में गर्मी के अपरिवर्तनीय वितरण की विशेषता है।

गर्मी हस्तांतरण तंत्र

पदार्थों के ऊष्मीय संपर्क के तंत्र विभिन्न रूप ले सकते हैं। प्रकृति में तीन प्रकार के ऊष्मा अंतरण होते हैं:

1. ऊष्मीय चालकता शरीर के एक भाग से दूसरे या किसी अन्य वस्तु में अंतर-आणविक गर्मी हस्तांतरण का एक तंत्र है। संपत्ति विचाराधीन पदार्थों में तापमान की असमानता पर आधारित है।
2. संवहन - द्रव मीडिया (तरल, वायु) के बीच हीट एक्सचेंज।
3. विकिरण क्रिया एक स्थिर स्पेक्ट्रम के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में उनकी ऊर्जा के कारण गर्म और गर्म पिंडों (स्रोतों) से गर्मी का हस्तांतरण है।

आइए सूचीबद्ध प्रकार के गर्मी हस्तांतरण पर अधिक विस्तार से विचार करें।

तापीय चालकता

अक्सर ठोस पदार्थों में तापीय चालकता देखी जाती है। यदि, किसी भी कारक के प्रभाव में, एक ही पदार्थ में अलग-अलग तापमान वाले क्षेत्र दिखाई देते हैं, तो गर्म क्षेत्र से तापीय ऊर्जा ठंडे क्षेत्र में चली जाएगी। कुछ मामलों में, इस घटना को नेत्रहीन भी देखा जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि हम एक धातु की छड़, मान लीजिए, एक सुई लेते हैं, और उसे आग पर गर्म करते हैं, तो कुछ समय बाद हम देखेंगे कि सुई के माध्यम से थर्मल ऊर्जा कैसे स्थानांतरित होती है, जिससे एक निश्चित क्षेत्र में चमक पैदा होती है। उसी समय, जिस स्थान पर तापमान अधिक होता है, वहां चमक तेज होती है और इसके विपरीत, जहां t कम होता है, यह गहरा होता है। दो पिंडों के बीच ऊष्मा चालन भी देखा जा सकता है (गर्म चाय का एक मग और एक हाथ)

गर्मी प्रवाह हस्तांतरण की तीव्रता कई कारकों पर निर्भर करती है, जिसका अनुपात फ्रांसीसी गणितज्ञ फूरियर द्वारा प्रकट किया गया था। इन कारकों में मुख्य रूप से तापमान प्रवणता (छड़ के सिरों पर तापमान अंतर का अनुपात एक छोर से दूसरे छोर तक की दूरी), शरीर का पार-अनुभागीय क्षेत्र, और तापीय चालकता गुणांक (यह सभी पदार्थों के लिए भिन्न होता है, लेकिन धातुओं में सबसे अधिक देखा जाता है)। तांबे और एल्यूमीनियम में तापीय चालकता का सबसे महत्वपूर्ण गुणांक देखा जाता है। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि इन दो धातुओं का उपयोग अक्सर बिजली के तारों के निर्माण में किया जाता है। फूरियर कानून के बाद, इनमें से किसी एक पैरामीटर को बदलकर गर्मी प्रवाह को बढ़ाया या घटाया जा सकता है।

गर्मी हस्तांतरण के संवहन प्रकार

संवहन, जो मुख्य रूप से गैसों और तरल पदार्थों की विशेषता है, के दो घटक हैं: माध्यम की अंतर-आणविक तापीय चालकता और गति (वितरण)। संवहन की क्रिया का तंत्र निम्नानुसार होता है: द्रव पदार्थ के तापमान में वृद्धि के साथ, इसके अणु अधिक सक्रिय रूप से चलना शुरू कर देते हैं, और स्थानिक प्रतिबंधों की अनुपस्थिति में, पदार्थ की मात्रा बढ़ जाती है। इस प्रक्रिया का परिणाम पदार्थ के घनत्व और उसके ऊपर की ओर गति में कमी होगी। संवहन का एक उल्लेखनीय उदाहरण एक बैटरी से छत तक रेडिएटर द्वारा गर्म की गई हवा की गति है।

गर्मी हस्तांतरण के मुक्त और मजबूर संवहन प्रकार के बीच भेद। मुक्त प्रकार में गर्मी हस्तांतरण और द्रव्यमान आंदोलन पदार्थ की विविधता के कारण होता है, अर्थात गर्म तरल ठंडे प्राकृतिक से ऊपर उठता हैबाहरी ताकतों से प्रभावित हुए बिना (जैसे केंद्रीय हीटिंग वाले कमरे को गर्म करना)। जबरन संवहन के साथ, द्रव्यमान की गति बाहरी ताकतों के प्रभाव में होती है, उदाहरण के लिए, चाय को चम्मच से हिलाना।

उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण

किसी अन्य वस्तु या पदार्थ के संपर्क के बिना दीप्तिमान या विकिरण गर्मी हस्तांतरण हो सकता है, इसलिए यह वायुहीन स्थान (वैक्यूम) में भी संभव है। विकिरण गर्मी हस्तांतरण सभी निकायों में अधिक या कम हद तक निहित है और निरंतर स्पेक्ट्रम के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में प्रकट होता है। इसका एक प्रमुख उदाहरण सूर्य है। क्रिया का तंत्र इस प्रकार है: शरीर लगातार अपने आस-पास के स्थान में एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा विकीर्ण करता है। जब यह ऊर्जा किसी अन्य वस्तु या पदार्थ से टकराती है, तो इसका कुछ हिस्सा अवशोषित हो जाता है, दूसरा भाग गुजरता है, और तीसरा भाग पर्यावरण में परिलक्षित होता है। कोई भी वस्तु गर्मी विकीर्ण कर सकती है और अवशोषित कर सकती है, जबकि गहरे रंग के पदार्थ प्रकाश की तुलना में अधिक गर्मी को अवशोषित करने में सक्षम होते हैं।

संयुक्त गर्मी हस्तांतरण तंत्र

प्रकृति में, गर्मी हस्तांतरण प्रक्रियाओं के प्रकार शायद ही कभी अलग-अलग पाए जाते हैं। अधिक बार उन्हें एक साथ देखा जा सकता है। ऊष्मप्रवैगिकी में, इन संयोजनों के नाम भी हैं, उदाहरण के लिए, तापीय चालकता + संवहन संवहन गर्मी हस्तांतरण है, और तापीय चालकता + तापीय विकिरण को विकिरण-प्रवाहकीय गर्मी हस्तांतरण कहा जाता है। इसके अलावा, इस तरह के संयुक्त प्रकार के गर्मी हस्तांतरण हैं:

• गर्मी लंपटता -एक गैस या तरल और एक ठोस के बीच तापीय ऊर्जा की गति।
• ऊष्मा स्थानांतरण एक यांत्रिक बाधा के माध्यम से t का एक पदार्थ से दूसरे पदार्थ में स्थानांतरण है।
• संवहनी-उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण संवहन और थर्मल विकिरण के संयोजन से बनता है।

प्रकृति में गर्मी हस्तांतरण के प्रकार (उदाहरण)

प्रकृति में गर्मी हस्तांतरण एक बड़ी भूमिका निभाता है और यह सूर्य की किरणों द्वारा ग्लोब को गर्म करने तक सीमित नहीं है। व्यापक संवहन धाराएं, जैसे वायु द्रव्यमान की गति, हमारे पूरे ग्रह में मौसम का निर्धारण करती हैं।

पृथ्वी के कोर की तापीय चालकता से गीजर और ज्वालामुखी चट्टानों का विस्फोट होता है। ये वैश्विक स्तर पर गर्मी हस्तांतरण के कुछ उदाहरण हैं। साथ में, वे हमारे ग्रह पर जीवन को बनाए रखने के लिए आवश्यक संवहनी गर्मी हस्तांतरण और विकिरण-प्रवाहकीय प्रकार के गर्मी हस्तांतरण के प्रकार बनाते हैं।

मानवशास्त्रीय गतिविधियों में गर्मी हस्तांतरण का उपयोग

गर्मी लगभग सभी उत्पादन प्रक्रियाओं का एक महत्वपूर्ण घटक है। यह कहना कठिन है कि राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में मनुष्य द्वारा सबसे अधिक किस प्रकार के ताप विनिमय का उपयोग किया जाता है। शायद तीनों एक साथ। गर्मी हस्तांतरण प्रक्रियाओं का उपयोग धातुओं को गलाने के लिए किया जाता है, जिससे रोजमर्रा की वस्तुओं से लेकर अंतरिक्ष यान तक के सामानों की एक विशाल श्रृंखला का उत्पादन होता है।

सभ्यता के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण तापीय इकाइयाँ हैं जो तापीय ऊर्जा को उपयोगी शक्ति में परिवर्तित करने में सक्षम हैं। के बीचउन्हें गैसोलीन, डीजल, कंप्रेसर, टरबाइन इकाइयाँ कहा जा सकता है। अपने काम के लिए, वे विभिन्न प्रकार के गर्मी हस्तांतरण का उपयोग करते हैं।