चालन, संवहन और विकिरण: 3 प्रकार के गर्मी हस्तांतरण
चालन, संवहन और विकिरण गर्मी हस्तांतरण के तीन रूप हैं। ऊष्मा वह ऊर्जा है जो एक शरीर या प्रणाली से दूसरे शरीर में जाती है।
गर्मी हस्तांतरण तभी होता है जब दो चीजों के तापमान में अंतर होता है।
चालन में, गर्मी हस्तांतरण तब होता है जब एक वस्तु या वस्तु दूसरे के संपर्क में होती है।
दूसरी ओर, संवहन विभिन्न तापमानों पर गैसों या तरल पदार्थों की गति से उत्पन्न होता है।
इसके भाग के लिए, विकिरण शरीर के संपर्क के बिना गर्मी का हस्तांतरण है। इसलिए, यह विद्युत चुम्बकीय तरंगों के माध्यम से ऊर्जा के उत्सर्जन के माध्यम से होता है।
एक उदाहरण जो इसे दिखाता है वह उबलते पानी का बर्तन होगा: आग बर्तन (विकिरण) को गर्म करती है, बर्तन की धातु पानी (चालन) को गर्म करती है और गर्मी के परिणामस्वरूप गर्म पानी ऊपर उठता है (संवहन)।
| ड्राइविंग | कंवेक्शन | विकिरण | |
|---|---|---|---|
| परिभाषा | संपर्क द्वारा गर्मी हस्तांतरण का रूप। | पदार्थ की गति द्वारा ऊष्मा हस्तांतरण का रूप। | विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा गर्मी हस्तांतरण का रूप। |
| स्थानांतरण दिशा | उच्चतम से निम्नतम तापमान तक | ||
| तंत्र | एक शरीर के भीतर परमाणुओं की गति | तापमान के अंतर से गैसों और तरल पदार्थों की गति | अंतरिक्ष में विद्युत चुम्बकीय तरंगों का प्रसार |
| उदाहरण | जलते चूल्हे पर एल्युमिनियम के बर्तन का हैंडल | घरेलू हीटिंग सिस्टम | सूरज की गर्मी |
ऊष्मा चालन क्या है?
चालन गर्मी हस्तांतरण का एक रूप है जो तब होता है जब दो शरीर संपर्क में होते हैं या जब गर्मी एक ही शरीर के एक तरफ से दूसरी तरफ जाती है। उदाहरण के लिए, यदि हम लोहे की छड़ के एक छोर को गर्म करते हैं, तो गर्मी स्रोत के सीधे संपर्क में न होने के बावजूद दूसरा सिरा थोड़ी देर बाद गर्म हो जाएगा।
चालन द्वारा ऊष्मा अंतरण की क्रियाविधि परमाणुओं की गति पर आधारित होती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, परमाणु तेजी से आगे बढ़ते हैं और पड़ोसी परमाणुओं को भी धक्का देते हैं, जिससे उनमें गर्मी स्थानांतरित होती है।
ऊष्मा का संचालन करने के लिए सामग्री की क्षमता को तापीय चालकता के रूप में जाना जाता है। उदाहरण के लिए, हवा में लकड़ी की तरह ही कम चालकता होती है।
दूसरी ओर, एल्यूमीनियम और लोहे जैसी धातुओं में उच्च तापीय चालकता होती है। ये पदार्थ गर्मी के संचालन में बहुत प्रभावी होते हैं, क्योंकि इनमें मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं जो गर्म क्षेत्रों से शरीर के ठंडे क्षेत्रों में ऊर्जा को तेजी से स्थानांतरित करते हैं।
ऊष्मा चालन के उदाहरण
- जलते हुए बर्नर पर लोहे की कड़ाही कास्ट करें: बर्नर से निकलने वाली गर्मी पैन को गर्म करती है जो बाकी पैन और उसके भीतर की सामग्री को गर्मी का संचालन करती है।
- हाथ में पिघली बर्फ: यदि हम हाथ में बर्फ रखते हैं, तो वह शरीर की ऊष्मा के चालन के कारण पिघल जाती है।
- रेत में गर्म पैर: समुद्र तट पर एक गर्म दिन में, यदि हम नंगे पैर गर्म रेत के माध्यम से चलते हैं, तो थोड़ी देर बाद हमें लगेगा कि हम अपने पैरों पर रेत की गर्मी के प्रवाहकत्त्व से जल गए हैं।
- गर्म कॉफी का प्याला: एक कप में गर्म कॉफी (या अन्य गर्म पेय) डालने से, समय के साथ हम अपने हाथों में गर्मी महसूस करेंगे। इसलिए प्यालों में एक हैंडल होता है ताकि हम खुद को जलाए बिना उसे पकड़ सकें।
- कपड़ों पर इस्त्री करना: कपड़ों से झुर्रियों को दूर करने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला लोहा कपड़ों के संपर्क में आने पर गर्म हो जाता है और गर्मी का संचालन करता है।
- थर्मामीटर: इस उपकरण का उपयोग तापमान मापने के लिए किया जाता है क्योंकि यह जिस वस्तु या पदार्थ के संपर्क में है, उससे चालन द्वारा ऊष्मा प्राप्त करता है या स्थानांतरित करता है।
- लकड़ी के चम्मच के खिलाफ धातु का चम्मच: लकड़ी का चम्मच गर्मी का संचालन खराब तरीके से करता है जबकि धातु का चम्मच तेजी से गर्म होता है। इसलिए हम भोजन को लकड़ी के चम्मच से मिला सकते हैं, लेकिन जब हम सूप खाते हैं तो हम धातु के चम्मच का उपयोग करते हैं।
ऊष्मा संवहन क्या है?
संवहन गर्मी हस्तांतरण का रूप है जो गर्म क्षेत्रों से ठंडे क्षेत्रों में तरल पदार्थ और गैसों की आवाजाही से उत्पन्न होता है। जब किसी द्रव को गर्म किया जाता है तो वह कम घना हो जाता है, जिससे वह ऊपर उठता है।
यह संवहन प्रक्रिया के लिए धन्यवाद है कि बादल बनते हैं: जल वाष्प और पृथ्वी की सतह पर गर्म हवा ऊपर उठती है और फिर ऊंचाई में बादलों के रूप में संघनित होती है। बाहरी ताकतों के हस्तक्षेप के बिना इस प्रकार का संवहन प्राकृतिक या मुक्त है।
दूसरी ओर, मजबूर संवहन तब होता है जब द्रव को स्थानांतरित करने के लिए एक बल लगाया जाता है। ऐसा तब होता है जब हम किसी कमरे में गर्म हवा को घुमाने के लिए पंखे का उपयोग करते हैं, या जब हम बर्तन की सामग्री को बर्नर के ऊपर ले जाते हैं।
ऊष्मा संवहन के उदाहरण
- घरेलू हीटिंग सिस्टम: हीटिंग सिस्टम के संपर्क में आने वाली हवा गर्म होती है, फिर ऊपर उठती है और ठंडी हवा को विस्थापित करती है, जिससे ड्राफ्ट बनता है।
- पृथ्वी की आंतरिक ऊष्मापृथ्वी का कोर गर्म और तरल है, यही कारण है कि संवहन धाराएँ उत्पन्न होती हैं जो भूकंप और ज्वालामुखी विस्फोट का कारण बनती हैं।
- भंडारण टैंकों में तरल पदार्थ- सोलर हीटर के पाइप में, द्रव गर्म हो जाता है और कम घना हो जाता है, जिससे गर्मी ठंडे तरल पदार्थों में चली जाती है।
- संवहन तंदूर: ओवन के अंदर की गर्म हवा पंखे के कारण फैलती है, जिससे खाना अधिक समान रूप से बेक हो जाता है।
- एक बर्तन में उबलता पानी: जब हम जलते हुए चूल्हे पर एक बर्तन में पानी डालते हैं, तो नीचे का गर्म पानी ऊपर उठता है, जिससे सतह से ठंडे पानी की आवाजाही होती है।
- हेयर ड्रायर: ठंडी हवा ड्रायर में प्रवेश करती है, एक प्रतिरोध से गुजरकर गर्म होती है और गर्म हवा को नोजल से उड़ाती है।
- सागर की लहरें: महासागरों का जल संवहन द्वारा निरंतर गति में रहता है, उष्ण कटिबंध का गर्म जल ध्रुवों की ओर गति करता है।
- गर्म हवा के गुब्बारे या गर्म हवा के गुब्बारे: हवा को गर्म करने से यह कम घना हो जाता है, यह गुब्बारे के कपड़े के अंदर फंस जाता है, जिससे यह तैरने लगता है। इस कारण से नीचे जाने के लिए एक खिड़की खुलती है जिससे गर्म हवा बाहर निकल जाती है।
ऊष्मा विकिरण क्या है?
विकिरण वस्तुओं के बीच संपर्क के बिना गर्मी का हस्तांतरण है। यह विद्युत चुम्बकीय तरंगों के माध्यम से होता है, जैसे दृश्य प्रकाश, पराबैंगनी और अवरक्त, जो अंतरिक्ष में यात्रा करते हैं। गर्मी विकिरण होने के लिए सामग्री की उपस्थिति की आवश्यकता नहीं होती है।
पिंड विकिरण द्वारा ऊष्मा उत्सर्जित करते हैं, लेकिन तापमान में अंतर के आधार पर वे ऊष्मा को भी अवशोषित करते हैं। वास्तव में, जो शरीर सबसे अच्छा अवशोषित करते हैं, वे भी अच्छे उत्सर्जक होते हैं। उदाहरण के लिए, एक काली सतह विकिरण को बेहतर ढंग से अवशोषित करती है, लेकिन यह एक सफेद सतह की तुलना में अधिक उत्सर्जन भी करती है।
इस प्रकार, उत्सर्जन शरीर के तापमान पर निर्भर करता है, तापमान जितना अधिक होगा, गर्मी का उत्सर्जन उतना ही अधिक होगा।
थर्मस का संचालन गर्मी विकिरण को अंदर केंद्रित करने पर आधारित होता है। चालन या संवहन द्वारा गर्मी के नुकसान से बचने के लिए, उनके बीच हवा के बिना कांच की दोहरी दीवार के साथ एक थर्मस बनाया गया है। चांदी की भीतरी दीवार बिना अवशोषित किए विकिरण को परावर्तित कर देती है, इसलिए पेय अधिक समय तक गर्म रहता है।
थर्मल विकिरण के उदाहरण
- सूरज की गर्मी: पृथ्वी सूर्य से विकिरण द्वारा ऊष्मा प्राप्त करती है।
- समुद्र तट पर गर्म रेत: गर्मी के दिन सौर विकिरण रेत को गर्म करता है।
- अलाव के अंगारे: जब हम अलाव या चिमनी के पास जाते हैं, तो जलते हुए अंगारों से विकिरण ऊष्मा निकलती है।
- सौर भट्टी: सूर्य की किरणें हवा को गर्म करने वाली सतह से टकराती हैं।
- अवरक्त थर्मामीटर: इन्फ्रारेड रेंज में किसी पिंड के विकिरण को मापता है और इसे तापमान के रूप में दर्शाता है।
- थर्मल कैमरे: थर्मल इमेजिंग कैमरे विकिरण द्वारा उत्सर्जित पिंडों की गर्मी को रिकॉर्ड करते हैं।
- टैनिंग बेड: टैनिंग बेड पराबैंगनी किरणों के उत्सर्जन पर आधारित होते हैं जो त्वचा की टैनिंग को बढ़ावा देते हैं। इसका उपयोग त्वचा के नुकसान की प्रवृत्ति से सीमित है।
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