1. கடத்தல் மூலம் வெப்பப் பரிமாற்றத்தின் வரையறை
நீங்கள் ஒரு மர நாற்காலியில் அமர்ந்தால், அந்த மர நாற்காலியின் மேற்பரப்பு சூடாகிறது. இதற்கு மாறாக, நீங்கள் பிளாஸ்டிக் அல்லது உலோகத்தால் செய்யப்பட்ட நாற்காலியில் அமர்ந்தால், அமர்ந்த பிறகு அந்த உலோக அல்லது பிளாஸ்டிக் நாற்காலியின் மேற்பரப்பு சூடாக இருப்பதில்லை. மர நாற்காலியின் மேற்பரப்பு சூடாகும்போது, உலோக நாற்காலியின் மேற்பரப்பு ஏன் சூடாக இருப்பதில்லை? மெத்தை இல்லாமல் குளிர்ந்த தரையில் படுப்பது ஏன் வலியை ஏற்படுத்தும்? நீங்கள் எப்போதாவது குளிர் தடுப்பு ஜாக்கெட் அணிந்திருக்கிறீர்களா? பெரும்பாலான குளிர் தடுப்பு ஜாக்கெட்டுகள் ஏன் கம்பளியால் செய்யப்படுகின்றன? வெப்பக் கடத்தல் மூலம் வெப்பம் கடத்தப்படுவது தொடர்பாக இன்னும் பல விஷயங்கள் கருத்தில் கொள்ளப்படவும் கேள்விக்குள்ளாக்கப்படவும் உள்ளன.
அதிக வெப்பநிலை கொண்ட ஒரு பொருளின் ஒரு பகுதி குறைந்த வெப்பநிலை கொண்ட ஒரு பொருளுடன் தொடர்பு கொள்ளும்போது, ஆற்றலானது அதிக வெப்பநிலை கொண்ட பொருளின் பகுதியிலிருந்து குறைந்த வெப்பநிலை கொண்ட பகுதிக்கு நகர்கிறது. இந்த ஆற்றல் சேர்ப்பானது, அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளைப் பொருட்களை வேகமாக நகரச் செய்கிறது. நகரும்போது, மூலக்கூறு இயக்க ஆற்றலைக் (KE = 1/2 mv²) கொண்டுள்ளது . வேகமாக நகரும் மூலக்கூறுகள் (அதிக இயக்க ஆற்றல் கொண்டவை) தங்களுக்கு அருகிலுள்ள மூலக்கூறுகளை மோதுகின்றன. அந்த மூலக்கூறு தனக்கு அருகிலுள்ள மற்றொரு மூலக்கூறைத் தாக்குகிறது. இப்படியே தொடர்கிறது. எனவே, ஆற்றலை நகர்த்தும்போது மூலக்கூறுகள் ஒன்றுடன் ஒன்று மோதுகின்றன. பொருளின் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே ஏற்படும் மோதல்கள் மூலம் நிகழும் வெப்பப் பரிமாற்றமானது, கடத்தல் மூலம் நிகழும் வெப்பப் பரிமாற்றம் என்று அழைக்கப்படுகிறது.
2. கடத்தல் மூலம் வெப்பப் பரிமாற்றத்திற்கான சமன்பாடு
இடதுபுறத்தில் அமைந்துள்ள பொருள் அதிக வெப்பநிலையைக் (T) கொண்டுள்ளது.1வலதுபுறத்தில் அமைந்துள்ள பொருளின் வெப்பநிலை (T) குறைவாக இருக்கும் அதே வேளையில், வலதுபுறத்தில் அமைந்துள்ள பொருள் குறைந்த வெப்பநிலையைக் (T) கொண்டுள்ளது.2வெப்பநிலை வேறுபாடு காரணமாக (T1 - T2வெப்பம் அதிக வெப்பநிலை கொண்ட பொருளிலிருந்து குறைந்த வெப்பநிலை கொண்ட பொருளுக்கு நகர்கிறது (வெப்பப் பாய்வின் திசை வலப்புறம்). வெப்பம் கடந்து செல்லும் பொருளானது ஒரு குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவையும் (A) மற்றும் நீளத்தையும் (l) கொண்டுள்ளது.
சோதனையின் முடிவுகளின் அடிப்படையில், ஒரு குறிப்பிட்ட நேர இடைவெளியில் நகரும் வெப்பம் (Q/t), வெப்பநிலை வேறுபாட்டிற்கு (T 1 – T 2 ) நேர் விகிதத்தில் உள்ளது.
குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவு (A), ஒரு பொருளின் தன்மை (k = வெப்பக் கடத்துத்திறன்) மற்றும் பொருளின் நீளத்திற்கு நேர்மாறு விகிதத்தில் இருக்கும். கடத்தல் மூலம் வெப்பப் பரிமாற்றத்திற்கான சூத்திரம்:
விளக்கம்: Q/t = வெப்பப் பரிமாற்ற வீதம், k = வெப்பக் கடத்துத்திறன், A = குறுக்குவெட்டுப் பரப்பு, T 1 = உயர் வெப்பநிலை, T 2 = குறைந்த வெப்பநிலை, l = பொருளின் நீளம்.
3. வெப்பக் கடத்துத்திறன் (k)
பெரும்பாலான சமையல் பாத்திரங்கள் ஏன் அலுமினியத்தால் செய்யப்படுகின்றன? உங்கள் இடது கை இஸ்திரிப்பெட்டியையும், வலது கை கண்ணாடிக் குவளையையும் பிடித்தால், இஸ்திரிப்பெட்டியும் கண்ணாடிக் குவளையும் நெருப்பில் படுகின்றன. இடது கையா அல்லது வலது கையா வேகமாகச் செயல்படுகிறது? இந்தக் கேள்விகளும், ஒருவேளை நீங்கள் கேட்கக்கூடிய மற்ற கேள்விகளும், பொருட்களின் வெப்பக் கடத்துத்திறனுடன் தொடர்புடையவை. ஒரு பொருளின் வெப்பக் கடத்துத்திறன் என்பது, அப்பொருளின் வழியே வெப்பத்தைக் கடத்தும் அதன் திறனாகும். அதிக வெப்பக் கடத்துத்திறன் (k) கொண்ட பொருட்கள் நல்ல வெப்பக் கடத்திகள் (good thermal conductors) ஆகும். இதற்கு மாறாக, குறைந்த வெப்பக் கடத்துத்திறன் கொண்ட பொருட்கள் மோசமான வெப்பக் கடத்திகள் (bad thermal conductors) ஆகும்.
4. கடத்தல் மூலம் வெப்பப் பரிமாற்றத்தின் பயன்பாடு
கம்பளத்தை விட டைல்ஸ் ஏன் குளிர்ச்சியாக இருக்கிறது? கம்பளங்களை விட டைல்ஸ்களுக்கு அதிக வெப்பக் கடத்தும் திறன் உள்ளது. எனவே, டைல்ஸ் ஒரு நல்ல வெப்பக் கடத்தி, ஆனால் கம்பளம் ஒரு மோசமான வெப்பக் கடத்தி. நாம் கம்பளத்தின் மீது நடக்கும்போது, வெப்பம் பாதங்களிலிருந்து கம்பளத்தை நோக்கிப் பாய்கிறது. நமது உடல் வெப்பநிலை கம்பளத்தின் வெப்பநிலையை விட அதிகமாக இருப்பதால் இது நிகழ்கிறது. கம்பளம் ஒரு மோசமான வெப்பக் கடத்தி என்பதால், நமது பாதங்களிலிருந்து பாயும் வெப்பம் கம்பளத்தின் மேற்பரப்பில் குவிகிறது, அதனால் கம்பளம் சூடாகிறது. நாம் ஒரு டைல்ஸ் அல்லது செராமிக் மீது நடக்கும்போது, வெப்பம் பாதத்திலிருந்து டைல்ஸ் அல்லது செராமிக் நோக்கிப் பாய்கிறது. டைல்ஸ் ஒரு நல்ல வெப்பக் கடத்தி என்பதால், வெப்பம் டைல்ஸ் மேற்பரப்பில் தங்குவதில்லை. வெப்பம் சீராகப் பாய்வதால் நமது பாதங்கள் குளிர்ச்சியாக உணர்கின்றன.
வீட்டின் தரையில் முக்காடு இல்லாமல் படுப்பது வலியை உண்டாக்கும். ஏன்? உடலிலிருந்து தரைக்குச் செல்லும் வெப்பத்தின் அளவே இதற்குக் காரணம். வெப்பம் என்பது நகரும் ஆற்றல். உங்கள் உடல் அதிக வெப்பத்தை இழக்கும்போது, உங்கள் உடலில் உள்ள ஆற்றல் குறைகிறது. உங்களுக்கு ஆற்றல் பற்றாக்குறை ஏற்பட்டால், நீங்கள் நோய்வாய்ப்படலாம்!
ஜன்னல்கள் மற்றும் கதவுகளின் பணிகள் யாவை? கதவுகளும் ஜன்னல்களும் ஏன் மரத்தால் செய்யப்பட வேண்டும்? இரவில், வீட்டிற்கு வெளியே உள்ள வெப்பநிலை, வீட்டிற்குள் இருக்கும் காற்றின் வெப்பநிலையை விடக் குறைவாக இருக்கும். காற்றின் வெப்பநிலையில் உள்ள இந்த வேறுபாடு, வெப்பம் வீட்டிற்கு உள்ளிருந்து வெளியே செல்லக் காரணமாகிறது. எனவே, பொதுவாக இரவில் நாம் கதவுகளையோ ஜன்னல்களையோ மூடுகிறோம். ஜன்னல் அல்லது கதவின் உட்புறத்தில் சிக்கியுள்ள காற்று ஒரு நல்ல காப்பானாகச் செயல்படுகிறது. ஒரு பொருளின் வெப்பக் கடத்துத்திறன் எவ்வளவு குறைவாக இருக்கிறதோ, அந்தப் பொருளின் வழியாகக் கடத்தல் மூலம் வெப்பம் கடத்தப்படுவது அவ்வளவு கடினமாக இருக்கும்.
நாகரிகமான மற்றும் இயல்பான மனிதர்களாக நமது நிலையைப் பேணுவதோடு மட்டுமல்லாமல், நமது உடல் வெப்பநிலையை நிலையாக வைத்திருக்கவும் ஆடைகள் உதவுகின்றன. நாம் பயன்படுத்தும் ஆடைகள் பொதுவாக காற்றின் வெப்பநிலைக்கு ஏற்றவாறு சரிசெய்யப்படுகின்றன. காற்றின் வெப்பநிலை போதுமான அளவு குறைவாக இருக்கும்போது, நாம் பயன்படுத்தும் ஆடைகள் தடிமனாக இருக்கும். தடிமனான போர்வைகள் அல்லது ஆடைகள் (ஜாக்கெட்டுகள் போன்றவை) காற்றை நகரவிடாமல் தடுக்கின்றன. தோலுக்கும் ஜாக்கெட் அல்லது போர்வைக்கும் இடையில் காற்று சிக்கிக்கொள்கிறது. நமது உடலுக்கும் சிக்கியிருக்கும் காற்றுக்கும் இடையே வெப்பநிலை வேறுபாடு இருப்பதால், வெப்பம் உடலில் இருந்து காற்றுக்கு நகர்கிறது. உடலில் இருந்து வெப்பம் சேர்வதால், சிக்கியிருக்கும் காற்றின் வெப்பநிலை அதிகரிக்கிறது (காற்று சூடாகிறது). காற்றின் வெப்பக் கடத்துத்திறன் மிகக் குறைவு. எனவே, உடலிலிருந்து வெப்பம் வெளியேற முடியாது. நமது உடல் வெப்பநிலையும் பராமரிக்கப்படுகிறது. காற்று போதுமான அளவு குளிராக இருக்கும்போது நாம் ஜாக்கெட் அணியவில்லை என்றால், நமது உடலில் இருந்து வெப்பம் வெளியேறிவிடும். உடலில் இருந்து எவ்வளவு அதிகமாக வெப்பம் வெளியேறுகிறதோ, அவ்வளவு அதிகமாக உடல் ஆற்றலை இழக்கிறது!
