वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरणाची ८ उदाहरणे
१. उदाहरणे देऊन अर्थ स्पष्ट करा. वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरण ?
चर्चा
वहनाद्वारे होणारे उष्णता हस्तांतरण म्हणजे एखाद्या वस्तूची रचना करणाऱ्या अणू/रेणूंमधील टक्करांमुळे होणारे उष्णतेचे हस्तांतरण होय. उदाहरणार्थ, एका तापवलेल्या लोखंडी सळीचा विचार करा. सळीचे एक टोक ज्योतीला स्पर्श केले जाते आणि दुसरे टोक धरले जाते. जरी धरलेले टोक ज्योतीच्या संपर्कात नसले तरी, उष्णता लोखंडी सळीमधून हस्तांतरित होत असल्यामुळे, धरलेले टोक गरम लागते. सळीच्या एका टोकापासून दुसऱ्या टोकापर्यंत उष्णता कशी हस्तांतरित होते?
गरम झालेल्या इस्त्रीच्या टोकाला अतिरिक्त उष्णता मिळते. कॅलरीज ही एक ऊर्जा आहे जी नैसर्गिकरित्या जास्त तापमान असलेल्या वस्तूंपासून कमी तापमान असलेल्या वस्तूंकडे जाते. या अतिरिक्त ऊर्जेमुळे लोखंडाचे अणू/रेणू त्यांच्या समतोल स्थितीपासून अधिक कंप पावतात. जसजसे ते अधिक कंप पावतात, तसतसे ते अणू/रेणू शेजारच्या अणू/रेणूंशी टक्कर देतात, ज्यामुळे ते अणू/रेणू आणखी कंप पावतात आणि अधिक ऊर्जा मिळवतात. ही प्रक्रिया तोपर्यंत चालू राहते जोपर्यंत उष्णता धरलेल्या लोखंडाच्या टोकापर्यंत पोहोचत नाही.
२. द्रवाच्या अणू/रेणूंमध्ये वहन पद्धतीने उष्णता हस्तांतरण होणे शक्य आहे का?
चर्चा
पुढील उदाहरण विचारात घ्या. जेव्हा लोखंडाची सळई तापवली जाते, तेव्हा उष्णता एका लोखंडाच्या अणू/रेणूपासून दुसऱ्याकडे जाते, म्हणून असे म्हणता येईल की स्थायू पदार्थाच्या अणू/रेणूंमध्ये वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरण होते. द्रवाच्या अणू/रेणूंमध्ये वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरण होत नाही, कारण द्रवाच्या अणू/रेणूंमध्ये उष्णता हस्तांतरण होते, आणि त्याचप्रमाणे वायूच्या अणू/रेणूंमध्ये अभिसरणाद्वारे उष्णता हस्तांतरण होते.
3. औष्णिक वाहकता विटेची औष्णिक वाहकता 0,84 J/msC आहे आणि लोकरीची औष्णिक वाहकता 0,040 J/msC आहे.oवीट आणि लोकर यांपैकी उष्णतेचा उत्तम वाहक कोणता?
चर्चा
ज्या वस्तूंची औष्णिक वाहकता जास्त असते त्या उष्णतेच्या चांगल्या वाहक असतात, तर ज्या वस्तूंची औष्णिक वाहकता कमी असते त्या उष्णतेच्या खराब वाहक असतात.
प्रश्नानुसार, विटांची औष्णिक वाहकता लोकरीपेक्षा जास्त आहे, म्हणून वीट लोकरीपेक्षा उष्णतेची उत्तम वाहक आहे.
४. एका भरीव दंडगोलाकार स्टील बारची लांबी १ मीटर आणि आडवे क्षेत्रफळ ०.२ चौरस मीटर आहे. स्टीलची औष्णिक वाहकता ४० जूल/मिलीसेकंद आहे.oजर स्टीलच्या दोन्ही टोकांमधील तापमानाचा फरक 10 असेल तरoC, स्टीलच्या रॉडमधील वहन क्रियेद्वारे होणाऱ्या उष्णता हस्तांतरणाचा दर निश्चित करा!
चर्चा
हे ज्ञात आहे की:
स्टीलची लांबी (l) = १ मी
स्टीलचे आडवे क्षेत्रफळ (A) = ०.२ मी2
स्टीलची औष्णिक वाहकता (k) = ४० जूल/मिलीसेकंदo
स्टीलच्या दोन्ही टोकांमधील तापमानाचा फरक (ΔT) = 10oC
विचारले: वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरणाचा दर (Q/t)
उत्तर :
वहनाद्वारे होणाऱ्या उष्णता हस्तांतरणाच्या दराचे सूत्र:
Q/t = k A ΔT / l
Q/t = (40)(0,2)(10) / 1
Q/t = 80 / 1
Q/t = ८० जूल/सेकंद
५. धातू A आणि B यांची लांबी आणि आडवे क्षेत्रफळ समान आहे. धातू A चा वाहकता गुणांक हा धातू B च्या वाहकता गुणांकाच्या १/६ पट आहे. दोन्ही धातूंना एका टोकाकडून गरम केले जाते आणि दोघांच्या तापमानात समान बदल होतो. म्हणून, धातू A आणि धातू B यांच्या उष्णता हस्तांतरण दरांचे गुणोत्तर... आहे.
अ. २ : ३
बी. ३ : ५
सी. २ : ५
डी. ४ : ५
ई. ३ : ४
चर्चा :
Dजाणून घ्या :
kA = १/६ केB = एक्सएनयूएमएक्स / एक्सएनयूएमएक्स
kB = ५/५ = १
विचारले :
धातू A आणि धातू B मधून होणाऱ्या उष्णता हस्तांतरणाच्या दराची तुलना?
उत्तर :
वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरणाच्या दराचे सूत्र :
वर्णन: Q/t = उष्णता हस्तांतरण दर, k = औष्णिक वाहकता, A = आडवे क्षेत्रफळ, T1 = उच्च तापमान, T2 = कमी तापमान, l = वस्तूची लांबी.
दोन्ही धातूंची लांबी आणि आडछेद क्षेत्रफळ समान असल्याने, समीकरणातून l आणि A वगळले जातात. दोन्ही धातूंच्या तापमानातील बदल समान आहे, त्यामुळे (T1 - ट2) समीकरणातून वगळले जाते.
kA :kB
७५/१५ : ६०/१५
1: 6
योग्य उत्तर B आहे.
६. खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, समान आकाराचे पण वेगवेगळ्या प्रकारचे दोन घन पदार्थ P आणि Q जोडलेले आहेत. जर P चा औष्णिक वहन गुणांक Q च्या औष्णिक वहन गुणांकाच्या तिप्पट असेल, तर P आणि Q च्या सीमेवरील तापमान...
ए. 60 oC
ब. 50 oC
क. 40 oC
D. 20 oC
ई. 10 oC
चर्चा :
दिकेताहुई :
TP = 0 oC
TQ = 80 oC
kP = ३ केQ = 3
kQ = 1
विचारले :
सीमा प्रतल P आणि Q वरील तापमान?
उत्तर :
दोन्ही वस्तूंचे आकार समान असल्याने समीकरणातून A आणि l वगळले जातात.
योग्य उत्तर D आहे.
7. धातूच्या पदार्थातून प्रति सेकंद वाहणाऱ्या उष्णतेचे प्रमाण:
(1) दोन्ही टोकांमधील तापमानाच्या फरकाच्या व्यस्त प्रमाणात
(2) वस्तूच्या आडव्या छेदाच्या क्षेत्रफळाच्या व्यस्त प्रमाणात असते
(3) धातूच्या सामग्रीच्या प्रकारानुसार
(4) धातूच्या लांबीच्या व्यस्त प्रमाणात आहे
वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरणाचा दर वाढवण्यासाठी योग्य विधान हे आहे…
चर्चा
वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरणाचे सूत्र:
प्रति सेकंद वाहणाऱ्या उष्णतेचे प्रमाण (Q/t)
दोन टोकांमधील तापमानाच्या फरकाशी (T) समप्रमाणात1 - ट2).
वस्तूच्या (A) आडव्या छेदाच्या क्षेत्रफळाशी समप्रमाणात.
धातूच्या प्रकाराशी समप्रमाणात (k = औष्णिक वाहकता)
धातूच्या लांबीच्या (l) व्यस्त प्रमाणात.
बरोबर विधान ३ आणि ४ आहेत.
8. धातू P, Q, आणि R हे सर्व समान आकाराचे आहेत. धातू P, Q, आणि R यांची वाहकता अनुक्रमे 4kJ, 2kJ, आणि kJ आहे. खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, त्यांचा संबंध उघड्या टोकांवरील तापमानाशी आहे.
Q (T) सह धातू जंक्शन P वरील तापमानx) आहे…
चर्चा
हे ज्ञात आहे:
धातूची वाहकता P = 4k
धातूची वाहकता Q = 2k
धातूची वाहकता R = k
धातूच्या टोकाकडील कमी तापमान P (TP) = १.१३३oC
धातूच्या टोकावरील उच्च तापमान R (TR) = १.१३३oC
विचारले: Q (T) सह धातू जंक्शन P वरील तापमानx)
उत्तर:
वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरणाचे सूत्र:
माहिती :
Q/t = उष्णता हस्तांतरण दर, k = औष्णिक वाहकता, A = आडवे क्षेत्रफळ, T1 = प्रारंभिक तापमान, T2 = अंतिम तापमान, l = दांड्याची लांबी.
लांबी (l) आणि छेद क्षेत्रफळ (A) समान असल्याने त्यांना समीकरणातून वगळण्यात आले आहे.
तापमान मोजण्यासाठी या समीकरणाचा वापर करा.
P आणि Q या धातूच्या सळ्या विचारात घ्या.
Q आणि R या धातूच्या सळ्या विचारात घ्या.
टी मिळवण्यासाठीxटी काढून टाकाy:
