१. वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरणाची व्याख्या
तुम्ही लाकडी खुर्चीत बसल्यास, त्या खुर्चीचा पृष्ठभाग गरम होतो. याउलट, तुम्ही प्लॅस्टिक किंवा धातूच्या खुर्चीत बसल्यास, बसल्यानंतर त्या खुर्चीचा पृष्ठभाग गरम लागत नाही. लाकडी खुर्चीचा पृष्ठभाग गरम होतो, तर धातूच्या खुर्चीचा का होत नाही? गादीशिवाय थंड जमिनीवर झोपल्याने वेदना का होऊ शकतात? तुम्ही कधी थंडी-प्रतिरोधक जॅकेट घातले आहे का? बहुतेक थंडी-प्रतिरोधक जॅकेट्स लोकरीची का बनवलेली असतात? वहनाद्वारे होणाऱ्या उष्णता हस्तांतरणाच्या विषयाशी संबंधित अजूनही अनेक गोष्टी आहेत ज्यांचा विचार केला जाऊ शकतो आणि ज्यावर प्रश्न विचारले जाऊ शकतात.
जेव्हा उच्च-तापमानाच्या वस्तूचा एक भाग कमी-तापमानाच्या वस्तूच्या संपर्कात येतो, तेव्हा ऊर्जा उच्च-तापमानाच्या वस्तूकडून कमी-तापमानाच्या भागाकडे हस्तांतरित होते. ऊर्जेच्या या हस्तांतरणामुळे अणू आणि रेणू अधिक वेगाने हालचाल करू लागतात. गतिमान असताना, रेणूमध्ये गतिज ऊर्जा (KE = 1/2 mv²) असते . जे रेणू अधिक वेगाने (अधिक गतिज ऊर्जेमुळे) फिरतात, ते त्यांच्या शेजारील रेणूंना धडकतात. एक रेणू त्याच्या शेजारील दुसऱ्या रेणूला धडकतो. आणि हे असेच चालू राहते. अशाप्रकारे, ऊर्जा हस्तांतरित करताना रेणू एकमेकांना धडकतात. वस्तूच्या रेणूंमधील टक्करांमुळे होणाऱ्या उष्णता हस्तांतरणाला वहनाद्वारे होणारे उष्णता हस्तांतरण म्हणतात.
२. वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरणाचे समीकरण
डावीकडील वस्तूचे तापमान जास्त आहे (T)1) तर उजवीकडे असलेल्या वस्तूचे तापमान कमी आहे (T2तापमानातील फरकामुळे (T1 - T2), उष्णता जास्त तापमानाच्या वस्तूपासून कमी तापमानाच्या वस्तूकडे जाते (उष्णता प्रवाहाची दिशा उजवीकडे असते). उष्णता ज्या वस्तूमधून जाते तिचे आडवे क्षेत्रफळ (A) आणि लांबी (l) असते.
प्रयोगाच्या निकालांनुसार, एका विशिष्ट कालावधीत होणारी उष्णता वहन (Q/t) हे तापमानातील फरकाच्या (T 1 – T 2 ) समानुपाती असते.
आडव्या छेदाचे क्षेत्रफळ (A), वस्तूचे स्वरूप (k = औष्णिक वाहकता) आणि वस्तूच्या लांबीच्या व्यस्त प्रमाणात असते. वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरणाचे सूत्र:
वर्णन: Q/t = उष्णता हस्तांतरण दर, k = औष्णिक वाहकता, A = आडवे क्षेत्रफळ, T 1 = उच्च तापमान, T 2 = कमी तापमान, l = वस्तूची लांबी.
३. औष्णिक वाहकता (केल्विन)
बहुतेक स्वयंपाकाची भांडी ॲल्युमिनियमची का बनवलेली असतात? जर तुमच्या डाव्या हातात इस्त्री आणि उजव्या हातात ग्लास असेल, तर इस्त्री आणि ग्लास आगीला स्पर्श केले जातात. डावा हात की उजवा हात अधिक वेगाने काम करतो? हे प्रश्न आणि कदाचित तुम्ही विचाराल असे इतर प्रश्न वस्तूंच्या औष्णिक वाहकतेशी संबंधित आहेत. वस्तूची औष्णिक वाहकता म्हणजे त्या वस्तूमधून उष्णता वाहून नेण्याची तिची क्षमता होय. ज्या वस्तूंची औष्णिक वाहकता (k) जास्त असते, त्या उष्णतेच्या चांगल्या वाहक असतात. याउलट, ज्या वस्तूंची औष्णिक वाहकता कमी असते, त्या उष्णतेच्या वाईट वाहक असतात.
४. वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरणाचा उपयोग
कार्पेटपेक्षा फरशी थंड का वाटते? कार्पेटपेक्षा फरशीची औष्णिक वाहकता जास्त असते. त्यामुळे, फरशी उष्णतेची चांगली वाहक आहे, तर कार्पेट उष्णतेची वाईट वाहक आहे. जेव्हा आपण कार्पेटवर चालतो, तेव्हा उष्णता पायांकडून कार्पेटच्या दिशेने वाहते. असे घडते कारण आपल्या शरीराचे तापमान कार्पेटच्या तापमानापेक्षा जास्त असते. कार्पेट उष्णतेची वाईट वाहक आहे, त्यामुळे आपल्या पायांकडून येणारी उष्णता कार्पेटच्या पृष्ठभागावर जमा होते, आणि त्यामुळे कार्पेट गरम होते. जेव्हा आपण फरशी किंवा सिरॅमिकवर चालतो, तेव्हा उष्णता पायांकडून फरशी किंवा सिरॅमिकच्या दिशेने वाहते. फरशी उष्णतेची चांगली वाहक असल्यामुळे, उष्णता फरशीच्या पृष्ठभागावर अडकून राहत नाही. उष्णता सहजपणे वाहते, ज्यामुळे आपले पाय थंड वाटतात.
घरात पाय ठेवण्यासाठी आधार न घेता जमिनीवर झोपल्याने वेदना होऊ शकतात. का? कारण शरीरातून जमिनीकडे मोठ्या प्रमाणात उष्णता जाते. उष्णता ही एक ऊर्जा आहे जी प्रवाहित होते. जेव्हा तुमच्या शरीरातील उष्णता मोठ्या प्रमाणात कमी होते, तेव्हा तुमच्या शरीरातील ऊर्जा कमी होते. जर तुमच्यात ऊर्जेची कमतरता असेल, तर तुम्ही आजारी पडू शकता!
खिडक्या आणि दारांची कार्ये काय आहेत? दारे आणि खिडक्या लाकडाच्याच का बनवल्या पाहिजेत? रात्री, घराबाहेरील तापमान घरातील हवेच्या तापमानापेक्षा कमी असते. हवेच्या तापमानातील या फरकामुळे उष्णता घराच्या आतून बाहेर जाते. त्यामुळे, सहसा रात्री आपण दारे किंवा खिडक्या बंद करतो. खिडकी किंवा दाराच्या आत अडकलेली हवा एक चांगला उष्णतारोधक म्हणून काम करते. एखाद्या वस्तूची औष्णिक वाहकता जितकी कमी असते, तितकेच त्या वस्तूमधून वहनाद्वारे उष्णतेचे हस्तांतरण अधिक कठीण होते.
सुसंस्कृत आणि सामान्य माणूस म्हणून आपला दर्जा टिकवून ठेवण्याव्यतिरिक्त, कपडे आपल्या शरीराचे तापमान स्थिर ठेवण्याचे कार्यही करतात. आपण वापरत असलेले कपडे सामान्यतः हवेच्या तापमानानुसार तयार केलेले असतात. जेव्हा हवेचे तापमान पुरेसे कमी असते, तेव्हा आपण वापरत असलेले कपडे जाड असतात. जाड ब्लँकेट किंवा कपड्यांमुळे (जॅकेट इत्यादी) हवेची हालचाल थांबते. त्वचा आणि जॅकेट किंवा ब्लँकेट यांच्यामध्ये हवा अडकून राहते. आपले शरीर आणि अडकलेली हवा यांच्या तापमानात फरक असल्यामुळे, उष्णता शरीरातून हवेत जाते. शरीरातील उष्णता आत गेल्यामुळे अडकलेल्या हवेचे तापमान वाढते (हवा गरम होते). हवेची औष्णिक वाहकता (थर्मल कंडक्टिव्हिटी) खूप कमी असते. त्यामुळे, उष्णता शरीराबाहेर जाऊ शकत नाही. यामुळे आपल्या शरीराचे तापमानही राखले जाते. जेव्हा हवा पुरेशी थंड असते, तेव्हा आपण जॅकेट वापरले नाही तर आपल्या शरीरातील उष्णता बाहेर पडते. शरीरातून जितकी जास्त उष्णता बाहेर पडते, तितकी शरीराची खूप ऊर्जा कमी होते!
