गर्मी का हस्तांतरण

ऊष्मा स्थानांतरण तीन प्रकार का होता है , जिनमें चालन, संवहन और विकिरण द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण शामिल हैं ।

चालन द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण। जब कोई उच्च तापमान वाली वस्तु किसी निम्न तापमान वाली वस्तु के संपर्क में आती है, तो ऊर्जा उच्च तापमान वाली वस्तु से निम्न तापमान वाली वस्तु में स्थानांतरित होती है। इस अतिरिक्त ऊर्जा के कारण वस्तु के परमाणु और अणु अधिक तेज़ी से गति करने लगते हैं। गति करते समय, अणुओं में गतिज ऊर्जा होती है (EK = ½ mv² ⁾ । अधिक गति से गतिमान अणु (अधिक गतिज ऊर्जा वाले) अपने आस-पास के अणुओं से टकराते हैं। ये अणु फिर अपने आस-पास के अन्य अणुओं से टकराते हैं। यह प्रक्रिया चलती रहती है। इस प्रकार अणु आपस में टकराते हैं और ऊर्जा का स्थानांतरण होता है। किसी वस्तु के अणुओं के बीच होने वाली टक्करों के माध्यम से होने वाले ऊष्मा स्थानांतरण को चालन कहते हैं। चालन आमतौर पर ठोस पदार्थों में या ठोस से द्रव (द्रव से ठोस) या ठोस से गैस (गैस से ठोस) में होता है।

संवहन द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण। संवहन आमतौर पर तरल पदार्थों (जैसे पानी) और गैसों (जैसे हवा) में होता है। संवहन ऊष्मा का स्थानांतरण है जिसके साथ किसी वस्तु की घनत्व में परिवर्तन के कारण उसकी गति भी होती है। किसी वस्तु का घनत्व उसके आयतन में परिवर्तन के कारण बदलता है। किसी वस्तु का आयतन ऊष्मा की एक निश्चित मात्रा को अवशोषित करने के कारण बदलता है।

विकिरण द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण। विकिरण विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में ऊष्मा का स्थानांतरण है। विकिरण के उदाहरणों में चूल्हे के पास होने पर शरीर को महसूस होने वाली गर्मी और सूर्य से पृथ्वी तक का विकिरण शामिल हैं। सूर्य का तापमान पृथ्वी से अधिक (लगभग 6000 केल्विन) होता है, जबकि पृथ्वी का तापमान कम होता है। सूर्य और पृथ्वी के तापमान में इस अंतर के कारण ऊष्मा सूर्य (उच्च तापमान) से पृथ्वी (कम तापमान) की ओर स्थानांतरित होती है। यदि सूर्य से पृथ्वी तक विकिरण के लिए किसी माध्यम, जैसे कि चालन या संवहन की आवश्यकता होती, तो ऊष्मा पृथ्वी तक नहीं पहुँच पाती क्योंकि उसे निर्वात से होकर गुजरना पड़ता।

समस्याओं का उदाहरण

1. 2015/2016 एसएमए/एमए भौतिकी राष्ट्रीय परीक्षा प्रश्न संख्या 19

समान आकार की, लेकिन अलग-अलग धातुओं से बनी दो धातु की छड़ों को नीचे दिए गए चित्र में दिखाए अनुसार जोड़ा गया है। यदि धातु I की तापीय चालकता धातु II की चालकता से 4 गुना है, तो दोनों धातुओं के जंक्शन पर तापमान क्या होगा?

एक 45^oC

बी. 40 ^ओ सी

सी. 35 ^{डिग्री} सेल्सियस

डी. 30 ^ओ सी

ई. 25 ^ओ सी

विचार-विमर्श

ह ज्ञात है कि:

धातु की तापीय चालकता I = 4k

धातु II की तापीय चालकता = k

धातु के किनारे का तापमान I = 50 ^° C

धातु किनारे का तापमान II = 0 ^° C

पूछा गया: दो धातुओं के जंक्शन पर तापमान कितना है?

उत्तर :

चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण की दर का सूत्र:

विवरण: Q/t = ऊष्मा स्थानांतरण दर, k = तापीय चालकता, A = पृष्ठीय क्षेत्रफल, T ₁ -T ₂ = तापमान परिवर्तन, l = छड़ की लंबाई

दोनों धातुओं का आकार समान है, इसलिए A और l को समीकरण से हटा दिया जाता है।

सही जवाब बी है।

2. 2015/2016 एसएमए/एमए भौतिकी राष्ट्रीय परीक्षा प्रश्न संख्या 19

नीचे दिए गए चित्र में अलग-अलग प्रकार की धातु की छड़ें A और B दिखाई गई हैं, जो एक सिरे पर जुड़ी हुई हैं।

दोनों छड़ों का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल समान है, लेकिन A की लंबाई B की लंबाई से दोगुनी है और A का तापीय चालकता गुणांक B के तापीय चालकता गुणांक से तीन गुना है। यदि A और B के मुक्त सिरों को अलग-अलग मानों के तापमान के अधीन किया जाता है, तो जंक्शन पर सटीक तापमान क्या होगा?

एक 60^oC

बी. 64 ^ओ सी

सी. 70 ^{डिग्री} सेल्सियस

डी. 76 ^ओ सी

ई. 78 ^ओ सी

विचार-विमर्श

ह ज्ञात है कि:

छड़ A की तापीय चालकता = 3k

छड़ B की तापीय चालकता = k

छड़ A की लंबाई = 2 लीटर

छड़ B की लंबाई = l

छड़ A के किनारे का तापमान = 100 ^{डिग्री} सेल्सियस

छड़ B के किनारे का तापमान = 40 ^° C

पूछा गया: दोनों छड़ों के जोड़ पर तापमान कितना है?

उत्तर :

चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण की दर का सूत्र:

विवरण: Q/t = ऊष्मा स्थानांतरण दर, k = तापीय चालकता, A = पृष्ठीय क्षेत्रफल, T ₁ -T ₂ = तापमान परिवर्तन, l = छड़ की लंबाई

दोनों छड़ों का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल समान है, इसलिए A को समीकरण से हटा दिया जाता है।

सही उत्तर है डी.

3. 2014/2015 एसएमए/एमए भौतिकी राष्ट्रीय परीक्षा प्रश्न संख्या 14

निम्नलिखित कथन पर ध्यान दें:

(1) धातु चालकता

(2) धातु के सिरों के बीच तापमान का अंतर

(3) धातु की लंबाई

(4) धातु द्रव्यमान

धातु में ऊष्मा के संचरण की दर निर्धारित करने वाले कारक निम्नलिखित हैं…

ए. (1), (2), और (3)

बी. (1) और (4)

सी. (2) और (4)

डी. (3) और (4)

ई. (4) केवल

विचार-विमर्श

धातुओं में ऊष्मा का स्थानांतरण चालन द्वारा होता है। चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण की दर का सूत्र इस प्रकार है:

विवरण: Q/t = ऊष्मा स्थानांतरण दर, k = तापीय चालकता, A = पृष्ठीय क्षेत्रफल, T ₁ -T ₂ = तापमान परिवर्तन, l = छड़ की लंबाई

सही जवाब क है।