ചാലകം വഴിയുള്ള താപ കൈമാറ്റം

1. ചാലകം വഴിയുള്ള താപ കൈമാറ്റത്തിന്റെ നിർവചനം

ഒരു മരക്കസേരയിൽ ഇരുന്നാൽ, മരക്കസേരയുടെ ഉപരിതലം ചൂടാകുന്നു. നേരെമറിച്ച്, പ്ലാസ്റ്റിക് അല്ലെങ്കിൽ ലോഹം കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച ഒരു കസേരയിൽ ഇരുന്നാൽ, ലോഹത്തിന്റെയോ പ്ലാസ്റ്റിക് കസേരയുടെയോ ഉപരിതലം ഇരുന്നതിനുശേഷം ചൂട് അനുഭവപ്പെടുന്നില്ല. ലോഹക്കസേരയുടെ ഉപരിതലം ചൂടാകുമ്പോൾ എന്തുകൊണ്ടാണ് ചൂടാകുന്നത്? മെത്തയില്ലാതെ തണുത്ത തറയിൽ ഉറങ്ങുന്നത് വേദനയുണ്ടാക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്? നിങ്ങൾ എപ്പോഴെങ്കിലും ഒരു ആന്റി-കോൾഡ് ജാക്കറ്റ് ധരിച്ചിട്ടുണ്ടോ? എന്തുകൊണ്ടാണ് മിക്ക ആന്റി-കോൾഡ് ജാക്കറ്റുകളും കമ്പിളി കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്? ചാലകത വഴിയുള്ള താപ കൈമാറ്റം എന്ന വിഷയവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് പരിഗണിക്കാവുന്നതും ചോദ്യം ചെയ്യാവുന്നതുമായ നിരവധി കാര്യങ്ങൾ ഇപ്പോഴും ഉണ്ട്.

ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തുവിന്റെ ഒരു ഭാഗം താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തുവുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്തുമ്പോൾ, ഊർജ്ജം ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തുവിൽ നിന്ന് വസ്തുവിന്റെ താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു ഭാഗത്തേക്ക് നീങ്ങുന്നു. ഊർജ്ജം ചേർക്കുന്നത് ആറ്റങ്ങളെയും തന്മാത്രകളെയും വസ്തുക്കളെ വേഗത്തിൽ ചലിപ്പിക്കാൻ കാരണമാകുന്നു. ചലിക്കുമ്പോൾ, തന്മാത്രയ്ക്ക് ഗതികോർജ്ജം ഉണ്ട് (KE = 1/2 mv²). വേഗത്തിൽ സഞ്ചരിക്കുന്ന തന്മാത്രകൾ (കൂടുതൽ ഗതികോർജ്ജം) അവയുടെ അടുത്തുള്ള തന്മാത്രകളെ അടിക്കുന്നു. തന്മാത്ര അതിനടുത്തുള്ള മറ്റൊരു തന്മാത്രയെ തട്ടുന്നു. അങ്ങനെ. അങ്ങനെ, ഊർജ്ജം ചലിപ്പിക്കുമ്പോൾ തന്മാത്രകൾ പരസ്പരം കൂട്ടിയിടിക്കുന്നു. വസ്തുവിന്റെ തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള കൂട്ടിയിടിയിലൂടെ സംഭവിക്കുന്ന താപ കൈമാറ്റത്തെ ചാലകതയിലൂടെയുള്ള താപ കൈമാറ്റം എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

2. ചാലകം വഴിയുള്ള താപ കൈമാറ്റത്തിന്റെ സമവാക്യം

ഇടതുവശത്ത് സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന വസ്തുവിന് ഉയർന്ന താപനിലയുണ്ട് (T₁) വലതുവശത്ത് സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന വസ്തുവിന് താഴ്ന്ന താപനിലയുണ്ട് (T₂). താപനില വ്യത്യാസം കാരണം (T₁ - T₂), ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തുവിൽ നിന്ന് താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തുവിലേക്ക് താപം നീങ്ങുന്നു (വലതുവശത്തുള്ള താപപ്രവാഹത്തിന്റെ ദിശ). താപം കടന്നുപോകുന്ന വസ്തുവിന് ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ ഏരിയ (A) ഉം നീളം (l) ഉം ഉണ്ട്.

പരീക്ഷണഫലങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, ഒരു നിശ്ചിത സമയ ഇടവേളയിൽ (Q/t) ചലിക്കുന്ന താപം താപനില വ്യത്യാസത്തിന് (T) നേർ അനുപാതത്തിലാണ്.₁ - ടി₂),

ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ ഏരിയ (A), ഒരു വസ്തുവിന്റെ സ്വഭാവം (k = താപ ചാലകത) വസ്തുവിന്റെ നീളത്തിന് വിപരീത അനുപാതം. ചാലകം വഴിയുള്ള താപ കൈമാറ്റത്തിനുള്ള സൂത്രവാക്യം:

വിവരണം: Q/t = താപ കൈമാറ്റ നിരക്ക്, k = താപ ചാലകത, A = ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ ഏരിയ, T₁ = ഉയർന്ന താപനില, T₂ = താഴ്ന്ന താപനില, l = വസ്തുവിന്റെ നീളം.

3. താപ ചാലകത (k)

എന്തുകൊണ്ടാണ് മിക്ക പാത്രങ്ങളും അലുമിനിയം കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്? നിങ്ങളുടെ ഇടതു കൈ ഇരുമ്പ് പിടിച്ചാൽ, വലതു കൈ ഗ്ലാസ് പിടിച്ചാൽ, ഇരുമ്പും ഗ്ലാസും തീയിൽ തൊടുന്നു. ഇടതു കൈയോ വലതു കൈയോ വേഗത അനുഭവപ്പെടുന്നുണ്ടോ? ഈ ചോദ്യങ്ങളും ഒരുപക്ഷേ നിങ്ങൾ ചോദിക്കുന്ന മറ്റ് ചോദ്യങ്ങളും വസ്തുക്കളുടെ താപ ചാലകതയുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഒരു വസ്തുവിന്റെ താപ ചാലകത എന്നത് വസ്തുവിലൂടെ താപം നീക്കാനുള്ള ഒരു വസ്തുവിന്റെ കഴിവാണ്. വലിയ താപ ചാലകത (k) ഉള്ള വസ്തുക്കൾ നല്ല താപ ചാലകങ്ങളാണ് (നല്ല താപ ചാലകങ്ങൾ). നേരെമറിച്ച്, ചെറിയ താപ ചാലകത ഉള്ള വസ്തുക്കൾ മോശം താപ ചാലകങ്ങളാണ് (മോശം താപ ചാലകങ്ങൾ).

4. ചാലകം വഴി താപ കൈമാറ്റത്തിന്റെ പ്രയോഗം

എന്തുകൊണ്ടാണ് ടൈൽ കാർപെറ്റിനേക്കാൾ തണുപ്പ് അനുഭവപ്പെടുന്നത്? ടൈലുകൾക്ക് പരവതാനികളേക്കാൾ കൂടുതൽ താപ ചാലകതയുണ്ട്. അതിനാൽ, ടൈൽ ഒരു നല്ല താപ ചാലകമാണ്, അതേസമയം പരവതാനി ഒരു മോശം താപ ചാലകമാണ്. നമ്മൾ പരവതാനിയിൽ നടക്കുമ്പോൾ, കാലുകളിൽ നിന്ന് പരവതാനിയിലേക്ക് ചൂട് പ്രവഹിക്കുന്നു. നമ്മുടെ ശരീര താപനില പരവതാനി താപനിലയേക്കാൾ കൂടുതലായതിനാലാണ് ഇത് സംഭവിക്കുന്നത്. പരവതാനി ഒരു മോശം താപ ചാലകമാണ്, അതിനാൽ നമ്മുടെ പാദങ്ങളിൽ നിന്ന് ഒഴുകുന്ന ചൂട് പരവതാനിയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ അടിഞ്ഞുകൂടുന്നു, അതിനാൽ പരവതാനി ചൂടാകുന്നു. നമ്മൾ ഒരു ടൈലിലോ സെറാമിക്കിലോ നടക്കുമ്പോൾ, കാലിൽ നിന്ന് ടൈലിലേക്കോ സെറാമിക്കിലേക്കോ ചൂട് ഒഴുകുന്നു. ടൈലുകൾ ഒരു നല്ല താപ ചാലകമായതിനാൽ, ചൂട് ടൈൽ പ്രതലത്തിൽ പറ്റിപ്പിടിക്കുന്നില്ല. നമ്മുടെ പാദങ്ങൾക്ക് തണുപ്പ് അനുഭവപ്പെടുന്ന തരത്തിൽ ചൂട് സുഗമമായി ഒഴുകുന്നു.

വീട്ടിൽ പീഠമില്ലാതെ തറയിൽ ഉറങ്ങുന്നത് വേദനയ്ക്ക് കാരണമാകും. എന്തുകൊണ്ട്? ശരീരത്തിൽ നിന്ന് തറയിലേക്ക് നീങ്ങുന്ന താപത്തിന്റെ അളവാണ് ഇതിന് കാരണം. ചലിക്കുന്ന ഊർജ്ജമാണ് ചൂട്. നിങ്ങളുടെ ശരീരത്തിൽ നിന്ന് ധാരാളം താപം നഷ്ടപ്പെടുമ്പോൾ, നിങ്ങളുടെ ശരീരത്തിലെ ഊർജ്ജം കുറയുന്നു. നിങ്ങൾക്ക് ഊർജ്ജമില്ലെങ്കിൽ, നിങ്ങൾക്ക് അസുഖം വരാം!

ജനലുകളുടെയും വാതിലുകളുടെയും ധർമ്മങ്ങൾ എന്തൊക്കെയാണ്? വാതിലുകളും ജനലുകളും മരം കൊണ്ട് നിർമ്മിക്കേണ്ടത് എന്തുകൊണ്ട്? രാത്രിയിൽ, വീടിനുള്ളിലെ വായുവിന്റെ താപനിലയേക്കാൾ വീടിന് പുറത്തുള്ള താപനില കുറവാണ്. വായുവിന്റെ താപനിലയിലെ ഈ വ്യത്യാസം വീടിനുള്ളിൽ നിന്ന് വീടിന് പുറത്തേക്ക് താപം നീങ്ങാൻ കാരണമാകുന്നു. അതിനാൽ, സാധാരണയായി രാത്രിയിൽ, നമ്മൾ വാതിലുകളോ ജനലുകളോ അടയ്ക്കുന്നു. ജനലിന്റെയോ വാതിലിന്റെയോ ഉള്ളിൽ കുടുങ്ങിക്കിടക്കുന്ന വായു ഒരു നല്ല ഇൻസുലേറ്ററായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഒരു വസ്തുവിന്റെ താപ ചാലകത ചെറുതാകുമ്പോൾ, വസ്തുവിലൂടെയുള്ള താപ ചാലകം കൂടുതൽ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്.

നമ്മുടെ സംസ്കാരസമ്പന്നരും സാധാരണ മനുഷ്യരുമായ പദവി നിലനിർത്തുന്നതിനൊപ്പം, നമ്മുടെ ശരീര താപനില സ്ഥിരമായി നിലനിർത്തുന്നതിനും വസ്ത്രങ്ങൾ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. നമ്മൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന വസ്ത്രങ്ങൾ സാധാരണയായി വായുവിന്റെ താപനിലയുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു. വായുവിന്റെ താപനില ആവശ്യത്തിന് കുറവായിരിക്കുമ്പോൾ, നമ്മൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന വസ്ത്രങ്ങൾ കട്ടിയുള്ളതായിരിക്കും. കട്ടിയുള്ള പുതപ്പുകൾ അല്ലെങ്കിൽ വസ്ത്രങ്ങൾ (ജാക്കറ്റുകൾ മുതലായവ) വായുവിനെ ചലിപ്പിക്കാൻ കഴിയാത്തതാക്കുന്നു. വായു ചർമ്മത്തിനും ജാക്കറ്റിനും പുതപ്പിനും ഇടയിൽ കുടുങ്ങിക്കിടക്കുന്നു. നമ്മുടെ ശരീരത്തിനും കുടുങ്ങിയ വായുവിനും ഇടയിൽ താപനില വ്യത്യാസം ഉള്ളതിനാൽ, ശരീരത്തിൽ നിന്ന് ചൂട് വായുവിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു. ശരീരത്തിൽ നിന്ന് ചൂട് ചേർക്കുന്നത് കുടുങ്ങിയ വായുവിന്റെ താപനില വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു (വായു ചൂടാകുന്നു). വായുവിന്റെ താപ ചാലകതയുടെ മൂല്യം വളരെ കുറവാണ്. അതിനാൽ, ശരീരത്തിൽ നിന്ന് ചൂട് പുറത്തുപോകാൻ കഴിയില്ല. നമ്മുടെ ശരീര താപനിലയും നിലനിർത്തുന്നു. വായു ആവശ്യത്തിന് തണുപ്പുള്ളപ്പോൾ നമ്മൾ ജാക്കറ്റ് ഉപയോഗിക്കുന്നില്ലെങ്കിൽ, നമ്മുടെ ശരീരത്തിൽ നിന്ന് ചൂട് പുറത്തുവരുന്നു. ശരീരത്തിൽ നിന്ന് കൂടുതൽ ചൂട് പുറത്തുവരുമ്പോൾ ശരീരത്തിന് ധാരാളം ഊർജ്ജം നഷ്ടപ്പെടും!