ഒരു മരക്കസേരയിൽ ഇരുന്നാൽ, മരക്കസേരയുടെ ഉപരിതലം ചൂടാകുന്നു. നേരെമറിച്ച്, നിങ്ങൾ പ്ലാസ്റ്റിക് അല്ലെങ്കിൽ ലോഹം കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച ഒരു കസേരയിൽ ഇരുന്നാൽ, ലോഹത്തിന്റെയോ പ്ലാസ്റ്റിക് കസേരയുടെയോ ഉപരിതലം അതിൽ ഇരുന്നതിനുശേഷം ചൂട് അനുഭവപ്പെടുന്നില്ല. ഒരു മരക്കസേരയുടെ ഉപരിതലം ചൂടാകുമ്പോൾ, ഒരു ലോഹക്കസേരയുടെ ഉപരിതലം ചൂടാകാത്തത് എന്തുകൊണ്ട്? മെത്തയില്ലാതെ തണുത്ത തറയിൽ ഉറങ്ങുന്നത് വേദനയുണ്ടാക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്? നിങ്ങൾ എപ്പോഴെങ്കിലും ഒരു തണുത്ത ജാക്കറ്റ് ധരിച്ചിട്ടുണ്ടോ? എന്തുകൊണ്ടാണ് മിക്ക തണുത്ത ജാക്കറ്റുകളും കമ്പിളി കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്? ചാലകത വഴിയുള്ള താപ കൈമാറ്റം എന്ന വിഷയവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് ചിന്തിക്കാനും ചോദിക്കാനും ഇനിയും നിരവധി കാര്യങ്ങളുണ്ട്.
ഒരു മെഴുകുതിരിയും നേർത്ത കമ്പിയും തയ്യാറാക്കുക. വയറിന്റെ ഒരു അറ്റം പിടിച്ച് വയറിന്റെ മറ്റേ അറ്റം മെഴുകുതിരി ജ്വാലയിൽ സ്പർശിക്കുക. നിങ്ങളുടെ കൈ ചൂടാകുന്നതുവരെ കുറച്ച് നിമിഷങ്ങൾ കാത്തിരിക്കുക. നിങ്ങളുടെ കൈ ചൂടാകുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്? വയറിന്റെ ഒരു അറ്റം മെഴുകുതിരി ജ്വാലയിൽ സ്പർശിക്കുമ്പോൾ, മെഴുകുതിരി ജ്വാലയിൽ നിന്ന് (ഉയർന്ന താപനില) വയറിന്റെ മറ്റേ അറ്റത്തേക്ക് (കുറഞ്ഞ താപനില) ചൂട് നീങ്ങുന്നു. ഈ താപ കൈമാറ്റം ജ്വാലയെ സ്പർശിക്കുന്ന വയറിന്റെ അറ്റത്തിന്റെ താപനില വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു. മെഴുകുതിരി ജ്വാലയെ സ്പർശിക്കുന്ന വയറിന്റെ അറ്റവും വയറിന്റെ മറ്റേ അറ്റവും തമ്മിലുള്ള താപനില വ്യത്യാസം ജ്വാലയെ സ്പർശിക്കുന്ന വയറിന്റെ അറ്റത്ത് നിന്ന് നിങ്ങളുടെ കൈ തൊടുന്ന വയറിന്റെ അറ്റത്തേക്ക് താപം നീങ്ങുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു. ഈ താപ കൈമാറ്റം തൊടുന്ന വയറിന്റെ അറ്റത്തിന്റെ താപനില വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു. തുടർന്ന് ചൂട് നിങ്ങളുടെ തണുത്ത കൈയിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു. തൽഫലമായി, നിങ്ങളുടെ കൈ ചൂട് അനുഭവപ്പെടുന്നു.
ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തുവിന്റെ ഒരു ഭാഗം താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തുവുമായി സമ്പർക്കത്തിൽ വരുമ്പോൾ, ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള വസ്തുവിൽ നിന്ന് താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള വസ്തുവിലേക്ക് താപം നീങ്ങുന്നു. അധിക ഊർജ്ജം വസ്തുവിനെ നിർമ്മിക്കുന്ന ആറ്റങ്ങളെയും തന്മാത്രകളെയും വേഗത്തിൽ ചലിപ്പിക്കാൻ കാരണമാകുന്നു. അവ നീങ്ങുമ്പോൾ, തന്മാത്രകൾക്ക് ഗതികോർജ്ജം ഉണ്ടാകും (EK = ½ mv 2 ). വേഗത്തിൽ നീങ്ങുന്ന തന്മാത്രകൾ (കൂടുതൽ ഗതികോർജ്ജത്തോടെ) അവയ്ക്ക് അടുത്തുള്ള തന്മാത്രകളുമായി കൂട്ടിയിടിക്കുന്നു. ഈ തന്മാത്രകൾ അവയ്ക്ക് അടുത്തുള്ള മറ്റ് തന്മാത്രകളുമായി കൂട്ടിയിടിക്കുന്നു. അങ്ങനെ അങ്ങനെ. അങ്ങനെ തന്മാത്രകൾ പരസ്പരം കൂട്ടിയിടിച്ച് ഊർജ്ജം കൈമാറുന്നു. ഒരു വസ്തുവിനെ നിർമ്മിക്കുന്ന തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള കൂട്ടിയിടിയിലൂടെ സംഭവിക്കുന്ന താപ കൈമാറ്റത്തെ ചാലകതയിലൂടെയുള്ള താപ കൈമാറ്റം എന്ന് വിളിക്കുന്നു.
ചാലകം വഴിയുള്ള താപ കൈമാറ്റത്തിനുള്ള സൂത്രവാക്യം
ഇടതുവശത്തുള്ള വസ്തുവിന് ഉയർന്ന താപനിലയുണ്ട് (T1) വലതുവശത്തുള്ള വസ്തുവിന് താഴ്ന്ന താപനിലയാണുള്ളത് (T2). താപനിലയിലെ വ്യത്യാസം കാരണം (T1 - ടി2), ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തുവിൽ നിന്ന് താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തുവിലേക്ക് താപം നീങ്ങുന്നു (താപപ്രവാഹത്തിന്റെ ദിശ വലതുവശത്തേക്കാണ്). താപം കടന്നുപോകുന്ന വസ്തുവിന് ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ ഏരിയ (A) ഉം നീളം (l) ഉം ഉണ്ട്.
പരീക്ഷണ ഫലങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, ഒരു നിശ്ചിത സമയ ഇടവേളയിൽ (Q/t) കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്ന താപം താപനില വ്യത്യാസം (T 1 – T 2 ), ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ ഏരിയ (A), ഒരു വസ്തുവിന്റെ സ്വഭാവം (k = താപ ചാലകത) എന്നിവയ്ക്ക് നേർ അനുപാതത്തിലും വസ്തുവിന്റെ നീളത്തിന് വിപരീത അനുപാതത്തിലുമാണ്. ചാലകം വഴിയുള്ള താപ കൈമാറ്റ നിരക്കിന്റെ സൂത്രവാക്യം:
വിവരണം: Q/t = താപ കൈമാറ്റ നിരക്ക്, k = താപ ചാലകത, A = ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ ഏരിയ, T1 = ഉയർന്ന താപനില, T2 = താഴ്ന്ന താപനില, l = വസ്തുവിന്റെ നീളം.
ചാലകം വഴി താപ കൈമാറ്റത്തിന്റെ പ്രയോഗം
ടൈലുകൾക്ക് പരവതാനിയെക്കാൾ തണുപ്പ് അനുഭവപ്പെടുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്? പരവതാനികളേക്കാൾ കൂടുതൽ താപ ചാലകത ടൈലുകൾക്ക് ഉണ്ട്. അതിനാൽ, ടൈലുകൾ നല്ല താപ ചാലകങ്ങളാണ്, അതേസമയം പരവതാനികൾ മോശം താപ ചാലകങ്ങളാണ്. നമ്മൾ ഒരു പരവതാനിയിൽ ചവിട്ടുമ്പോൾ, നമ്മുടെ പാദങ്ങളിൽ നിന്ന് പരവതാനിയിലേക്ക് ചൂട് പ്രവഹിക്കുന്നു. നമ്മുടെ ശരീര താപനില പരവതാനിയുടെ താപനിലയേക്കാൾ കൂടുതലായതിനാലാണ് ഇത് സംഭവിക്കുന്നത്. പരവതാനികൾ താപ ചാലകത മോശമാണ്, അതിനാൽ നമ്മുടെ പാദങ്ങളിൽ നിന്ന് ഒഴുകുന്ന ചൂട് പരവതാനിയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ അടിഞ്ഞുകൂടുകയും പരവതാനിയെ ചൂടാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. നമ്മൾ ടൈലുകളിലോ സെറാമിക്സുകളിലോ ചവിട്ടുമ്പോൾ, നമ്മുടെ പാദങ്ങളിൽ നിന്ന് ടൈലുകളിലേക്കോ സെറാമിക്സിലേക്കോ ചൂട് പ്രവഹിക്കുന്നു. ടൈലുകൾ നല്ല താപ ചാലകങ്ങളായതിനാൽ, ടൈലുകളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ ചൂട് നിലനിർത്തപ്പെടുന്നില്ല. ചൂട് സുഗമമായി ഒഴുകുന്നു, ഇത് നമ്മുടെ പാദങ്ങൾക്ക് തണുപ്പ് അനുഭവപ്പെടാൻ കാരണമാകുന്നു. നിങ്ങളുടെ വീട് തണുത്ത പ്രദേശത്താണെങ്കിൽ, നിങ്ങളുടെ ശരീരം ചൂട് നഷ്ടപ്പെടാതിരിക്കാൻ നിങ്ങളുടെ കിടപ്പുമുറിയുടെ തറ പരവതാനി കൊണ്ട് മൂടണം. നേരെമറിച്ച്, നിങ്ങളുടെ വീട് ചൂടുള്ള പ്രദേശത്താണെങ്കിൽ, നിങ്ങളുടെ കിടപ്പുമുറിയുടെ തറ പരവതാനി കൊണ്ട് മൂടരുത്, കാരണം നിങ്ങൾക്ക് തണുപ്പ് അനുഭവപ്പെടില്ല, പക്ഷേ ചൂട് അനുഭവപ്പെടും 😉
മെത്തയില്ലാതെ തറയിൽ ഉറങ്ങുന്നത് അസുഖത്തിന് കാരണമാകും. എന്തുകൊണ്ട്? കാരണം, ശരീരത്തിൽ നിന്ന് തറയിലേക്ക് വലിയ അളവിൽ താപം കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. ചലനത്തിലെ ഊർജ്ജമാണ് ചൂട്. നിങ്ങളുടെ ശരീരത്തിൽ നിന്ന് ധാരാളം താപം നഷ്ടപ്പെടുമ്പോൾ, അതിന്റെ ഊർജ്ജ നില കുറയുന്നു. നിങ്ങൾക്ക് ഊർജ്ജം ഇല്ലെങ്കിൽ, നിങ്ങൾക്ക് അസുഖം വരാം!
ജനലുകളുടെയും വാതിലുകളുടെയും ധർമ്മം എന്താണ്? വാതിലുകളും ജനലുകളും മരം കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിക്കേണ്ടത് എന്തുകൊണ്ട്? രാത്രിയിൽ, വീടിന് പുറത്തുള്ള വായുവിന്റെ താപനില വീടിനുള്ളിലെ വായുവിന്റെ താപനിലയേക്കാൾ കുറവാണ്. വായുവിന്റെ താപനിലയിലെ ഈ വ്യത്യാസം വീടിനുള്ളിൽ നിന്ന് പുറത്തേക്ക് താപം നീങ്ങാൻ കാരണമാകുന്നു. അതിനാൽ, രാത്രിയിൽ നമ്മൾ സാധാരണയായി വാതിലുകളോ ജനലുകളോ അടയ്ക്കുന്നു. കുറ്റവാളികളെ അകറ്റി നിർത്തുക എന്ന ലക്ഷ്യത്തിനു പുറമേ, ജനലുകളുടെയോ വാതിലുകളുടെയോ പ്രവർത്തനങ്ങളിലൊന്ന് വീട്ടിൽ നിന്ന് ചൂട് പുറത്തേക്ക് പോകുന്നത് തടയുക എന്നതാണ്. സാധാരണയായി വാതിലുകളോ ജനലുകളോ മരം കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. മരത്തിന്റെ താപ ചാലകത കുറവായതിനാൽ അത് ഒരു താപ ഇൻസുലേറ്ററായി പ്രവർത്തിക്കും. ജനലുകളുടെയോ വാതിലുകളുടെയോ മറ്റൊരു ധർമ്മം വായുവിനെ പിടിച്ചുനിർത്തുക എന്നതാണ്. ജനലുകളുടെയോ വാതിലുകളുടെയോ ഉള്ളിൽ കുടുങ്ങിക്കിടക്കുന്ന വായു ഒരു നല്ല ഇൻസുലേറ്ററായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു (താപം പുറത്തേക്ക് പോകുന്നത് തടയുന്നു). വായുവിന്റെ താപ ചാലകത വളരെ കുറവാണ്. ഒരു വസ്തുവിന്റെ താപ ചാലകത കുറയുമ്പോൾ, ആ വസ്തുവിലൂടെയുള്ള ചാലകത വഴി താപം കൈമാറ്റം ചെയ്യുന്നത് കൂടുതൽ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്.
നമ്മുടെ സംസ്കാരസമ്പന്നരും സാധാരണ മനുഷ്യരുമായ പദവി നിലനിർത്തുന്നതിനൊപ്പം, സ്ഥിരമായ ശരീര താപനില നിലനിർത്താനും വസ്ത്രങ്ങൾ സഹായിക്കുന്നു. നമ്മൾ ധരിക്കുന്ന വസ്ത്രങ്ങൾ സാധാരണയായി വായുവിന്റെ താപനിലയുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു. വായുവിന്റെ താപനില വളരെ കുറവായിരിക്കുമ്പോൾ, നമ്മൾ ധരിക്കുന്ന വസ്ത്രങ്ങൾ കട്ടിയുള്ളതായിരിക്കും. പുതപ്പുകൾ അല്ലെങ്കിൽ കട്ടിയുള്ള വസ്ത്രങ്ങൾ (ജാക്കറ്റുകൾ മുതലായവ) വായു സുഗമമായി നീങ്ങുന്നത് തടയുന്നു. ചർമ്മത്തിനും ജാക്കറ്റിനോ പുതപ്പിനോ ഇടയിൽ വായു കുടുങ്ങിക്കിടക്കുന്നു. നമ്മുടെ ശരീരത്തിനും കുടുങ്ങിയ വായുവിനും ഇടയിൽ താപനില വ്യത്യാസം ഉള്ളതിനാൽ, ചൂട് ശരീരത്തിൽ നിന്ന് വായുവിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു. ശരീരത്തിൽ നിന്നുള്ള അധിക ചൂട് കുടുങ്ങിയ വായുവിന്റെ താപനില വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു (വായു ചൂടാകുന്നു). മുകളിലുള്ള താപ ചാലകത പട്ടിക നോക്കുക. വായുവിന്റെ താപ ചാലകത മൂല്യം വളരെ ചെറുതാണ്. അതിനാൽ, താപത്തിന് ശരീരത്തിൽ നിന്ന് രക്ഷപ്പെടാൻ കഴിയില്ല. നമ്മുടെ ശരീര താപനില സ്ഥിരമായി തുടരുന്നു. വായു വളരെ തണുപ്പുള്ളപ്പോൾ നമ്മൾ ജാക്കറ്റ് ധരിക്കുന്നില്ലെങ്കിൽ, നമ്മുടെ ശരീരത്തിൽ നിന്ന് ചൂട് രക്ഷപ്പെടുന്നു. ശരീരത്തിൽ നിന്ന് കൂടുതൽ ചൂട് രക്ഷപ്പെടുന്നു, ശരീരത്തിന് കൂടുതൽ ഊർജ്ജം നഷ്ടപ്പെടുന്നു.
പ്രശ്നങ്ങളുടെ ഉദാഹരണം
1. 2011/2012 ദേശീയ പരീക്ഷാ ചോദ്യം A81 നമ്പർ 10
താഴെ പറയുന്ന പ്രസ്താവന ശ്രദ്ധിക്കുക!
(1) ലോഹചാലകത
(2) ലോഹ അറ്റങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള താപനില വ്യത്യാസം
(3) ലോഹത്തിന്റെ നീളം
(4) ലോഹ പിണ്ഡം
ലോഹങ്ങളിൽ താപ വ്യാപന നിരക്ക് നിർണ്ണയിക്കുന്ന ഘടകങ്ങൾ...
എ. (1), (2) ഉം (3) ഉം
ബി. (1) ഉം (4) ഉം
സി. (2) ഉം (4) ഉം
ഡി. (3) ഉം (4) ഉം
E. (4) മാത്രം
ചർച്ച
താപചാലകത വഴിയുള്ള താപ കൈമാറ്റ നിരക്കിന്റെ സൂത്രവാക്യത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, താപ കൈമാറ്റ നിരക്ക് നിർണ്ണയിക്കുന്ന ഘടകങ്ങൾ ലോഹത്തിന്റെ ചാലകത (k), ലോഹത്തിന്റെ അറ്റങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള താപനില വ്യത്യാസം (T), ലോഹത്തിന്റെ നീളം (l) എന്നിവയാണ്. ലോഹത്തിന്റെ പിണ്ഡത്തിന് യാതൊരു ഫലവുമില്ല.
ശരിയായ ഉത്തരം എ ആണ്.
