चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण का उदाहरण

चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण के 8 उदाहरण

1. उदाहरणों का प्रयोग करते हुए अर्थ स्पष्ट कीजिए। चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण ?
विचार-विमर्श
चालन द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण किसी वस्तु के परमाणुओं/अणुओं के बीच टकराव के माध्यम से होने वाली ऊष्मा का स्थानांतरण है। उदाहरण के लिए, एक गर्म लोहे की छड़ पर विचार करें। लोहे का एक सिरा लौ से स्पर्श किया जाता है और दूसरा सिरा हाथ में पकड़ा जाता है। यद्यपि लोहे का पकड़ा हुआ सिरा लौ के संपर्क में नहीं है, फिर भी लोहे की छड़ के माध्यम से ऊष्मा के स्थानांतरण के कारण, पकड़ा हुआ सिरा गर्म महसूस होता है। लोहे के एक सिरे से दूसरे सिरे तक ऊष्मा का स्थानांतरण कैसे होता है?
गर्म लोहे की नोक को अतिरिक्त गर्मी मिलती है। कलोर ऊर्जा वह स्वाभाविक प्रक्रिया है जिसके तहत उच्च तापमान वाली वस्तुओं से कम तापमान वाली वस्तुओं की ओर ऊर्जा प्रवाहित होती है। इस अतिरिक्त ऊर्जा के कारण लोहे के परमाणु/अणु अपनी संतुलन स्थिति से अधिक कंपन करने लगते हैं। जैसे-जैसे वे अधिक कंपन करते हैं, वे अपने पड़ोसी परमाणु/अणुओं से टकराते हैं, जिससे वे और अधिक कंपन करते हैं और अधिक ऊर्जा प्राप्त करते हैं। यह प्रक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक कि ऊष्मा लोहे के सिरे तक नहीं पहुँच जाती।

2. क्या किसी द्रव के परमाणुओं/अणुओं के बीच चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण संभव है?
विचार-विमर्श
निम्नलिखित उदाहरण पर विचार करें। जब लोहे की छड़ को गर्म किया जाता है, तो ऊष्मा एक लोहे के परमाणु/अणु से दूसरे में स्थानांतरित होती है, इसलिए यह कहा जा सकता है कि ठोस के परमाणुओं/अणुओं के बीच ऊष्मा का स्थानांतरण चालन द्वारा होता है। द्रव के परमाणुओं/अणुओं के बीच ऊष्मा का स्थानांतरण चालन द्वारा नहीं होता है क्योंकि द्रव के परमाणुओं/अणुओं के बीच ऊष्मा का स्थानांतरण होता है, और इसी प्रकार गैस के परमाणुओं/अणुओं के बीच ऊष्मा का स्थानांतरण संवहन द्वारा होता है।

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3. ऊष्मीय चालकता ईंट की तापीय चालकता 0,84 J/msC है और ऊन की तापीय चालकता 0,040 J/msC है।^oईंट और ऊन में से कौन बेहतर ऊष्मा संवाहक है?
विचार-विमर्श
जिन वस्तुओं की तापीय चालकता अधिक होती है वे ऊष्मा की अच्छी चालक होती हैं (अच्छी तापीय चालक), जबकि जिन वस्तुओं की तापीय चालकता कम होती है वे ऊष्मा की खराब चालक होती हैं (खराब तापीय चालक)।
प्रश्न के आधार पर, ईंट की तापीय चालकता ऊन की तापीय चालकता से अधिक है, इसलिए ईंट ऊन की तुलना में ऊष्मा की बेहतर चालक है।

4. एक ठोस बेलनाकार स्टील बार की लंबाई 1 मीटर और अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल 0,2 वर्ग मीटर है। स्टील की ऊष्मीय चालकता 40 जूल/मिली डिग्री सेल्सियस है।^oयदि इस्पात के दोनों सिरों के बीच तापमान का अंतर 10 है^oC, इस्पात की छड़ में चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण की दर ज्ञात कीजिए!
विचार-विमर्श
ह ज्ञात है कि:
स्टील की लंबाई (l) = 1 मीटर
इस्पात का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल (A) = 0,2 वर्ग मीटर²
इस्पात की तापीय चालकता (k) = 40 J/msC^o
इस्पात के दोनों सिरों के बीच तापमान का अंतर (ΔT) = 10^oC
पूछा गया: चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण की दर (Q/t)
उत्तर :
चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण की दर का सूत्र:
Q/t = k A ΔT / l
Q/t = (40)(0,2)(10) / 1
Q/t = 80 / 1
Q/t = 80 जूल/सेकंड

5. धातु A और B की लंबाई और अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल समान है। धातु A का चालकता गुणांक धातु B के चालकता गुणांक का 1/6 गुना है। दोनों धातुओं को एक सिरे से गर्म किया जाता है और दोनों के तापमान में समान परिवर्तन होता है। इसलिए, धातु A और धातु B की ऊष्मा स्थानांतरण दरों का अनुपात क्या है?
ए. 6 : 1
बी. 1 : 6
सी. 1 : 5
डी. 2 : 1
ई. 4 : 1
बहस :

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Dजानना :
k_A = 1/6 किलो_B= 1 / 6
k_B = १८.१/२.५५ = ७.१
पूछा :
धातु A और धातु B के माध्यम से ऊष्मा स्थानांतरण की दर की तुलना?
जवाबी :
चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण की दर का सूत्र :
विवरण: Q/t = ऊष्मा स्थानांतरण दर, k = तापीय चालकता, A = अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल, T₁ = उच्च तापमान, T₂ = निम्न तापमान, l = वस्तु की लंबाई।

दोनों धातुओं की लंबाई और अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल बराबर हैं, इसलिए l और A को समीकरण से हटा दिया जाता है। दोनों धातुओं के तापमान में परिवर्तन समान है, इसलिए (T₁ - टी₂) समीकरण से हटा दिया जाता है।
k_A :क_B
6/1 : 6/6
1: 6
सही जवाब बी है।

6. समान आकार लेकिन अलग-अलग प्रकार के दो ठोस P और Q को नीचे दिए गए चित्र में दर्शाए अनुसार जोड़ा गया है। यदि P का ऊष्मीय चालन गुणांक Q के ऊष्मीय चालन गुणांक का तीन गुना है, तो P और Q के बीच की सीमा पर तापमान क्या होगा?
एक 60 ^oC
बी 50 ^oC
सी. 40 ^oC
डी 20 ^oC
ई। १ 10 ^oC

बहस :
ज्ञात है :
T_P = 0 ^oC
T_Q = 80 ^oC
k_P = 3 k_Q= 3
k_Q = 1
पूछा :
सीमा तल P और Q पर तापमान?
उत्तर :

दोनों वस्तुओं का आकार समान है, इसलिए A और l को समीकरण से हटा दिया जाता है।
सही उत्तर है डी.

7. किसी धातु पदार्थ से प्रति सेकंड प्रवाहित होने वाली ऊष्मा की मात्रा:

(1) दोनों सिरों के बीच तापमान अंतर के व्युत्क्रमानुपाती

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(2) वस्तु के अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल के व्युत्क्रमानुपाती होता है

(3) धातु सामग्री के प्रकार के आधार पर

(4) धातु की लंबाई के व्युत्क्रमानुपाती है

चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण की दर बढ़ाने के लिए सही कथन है…

विचार-विमर्श

चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण का सूत्र:

प्रति सेकंड प्रवाहित होने वाली ऊष्मा की मात्रा (Q/t)

दोनों सिरों के बीच तापमान अंतर (T) के सीधे समानुपाती₁ - टी₂).

वस्तु के अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल (A) के सीधे समानुपाती।

धातु पदार्थ के प्रकार के सीधे समानुपाती (k = तापीय चालकता)

धातु की लंबाई (l) के व्युत्क्रमानुपाती।

सही कथन 3 और 4 हैं।

8. धातु P, Q और R तीनों का आकार समान है। धातुओं P, Q और R की चालकता क्रमशः 4kJ, 2kJ और kJ है। खुले सिरों पर तापमान के साथ उनका संबंध निम्नलिखित चित्र में दर्शाया गया है।

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