ऊष्मा चालन उदाहरण

ड्राइविंग साथ में है कंवेक्शन और यह विकिरण, तीन गर्मी हस्तांतरण तंत्रों में से एक। यह इन कणों के बीच परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप किसी पदार्थ के अधिक ऊर्जावान कणों से आसन्न कम ऊर्जावान कणों में ऊर्जा का स्थानांतरण है। चालन किसी भी भौतिक अवस्था में हो सकता है, चाहे वह ठोस, तरल या गैस हो। गैसों और तरल पदार्थों में, चालन उनकी यादृच्छिक गति के दौरान अणुओं के टकराव और प्रसार के कारण होता है। ठोस में यह एक जाली में अणुओं के कंपनों के संयोजन और मुक्त इलेक्ट्रॉनों द्वारा ऊर्जा के परिवहन के कारण होता है। उदाहरण के लिए, एक समय आएगा जब एक गर्म कमरे में ठंडा डिब्बाबंद पेय कमरे के तापमान तक गर्म हो जाएगा। चालन द्वारा गर्मी हस्तांतरण के परिणामस्वरूप, कमरे से पेय में, एल्यूमीनियम के माध्यम से जो बनाता है कर सकते हैं।

एक माध्यम के माध्यम से गर्मी चालन की गति के ज्यामितीय विन्यास पर निर्भर करती है यह, इसकी मोटाई और जिस सामग्री से इसे बनाया गया है, साथ ही तापमान में अंतर उसने। शीसे रेशा के साथ एक गर्म पानी की टंकी को लपेटना, जो एक इन्सुलेट सामग्री है, उस टैंक से गर्मी के नुकसान की दर को कम करने के लिए जाना जाता है। इन्सुलेशन जितना मोटा होगा, गर्मी का नुकसान उतना ही कम होगा। यह भी ज्ञात है कि जिस कमरे में उसे रखा गया है उसका तापमान कम होने पर एक गर्म पानी की टंकी उच्च दर से गर्मी खो देगी। इसके अलावा, टैंक जितना बड़ा होगा, सतह का क्षेत्रफल उतना ही अधिक होगा और फलस्वरूप गर्मी के नुकसान की दर।

गर्मी की एक स्थिर अवस्था चालन (जो स्थिर और स्पष्ट उतार-चढ़ाव के बिना बनी रहती है) को मोटाई x = L और क्षेत्र A की एक बड़ी सपाट दीवार के माध्यम से माना जा सकता है। दीवार के एक तरफ से दूसरी तरफ तापमान में अंतर isT = T. है₂आयकर₁. प्रयोगों से पता चला है कि दीवार के माध्यम से गर्मी हस्तांतरण क्यू की दर दोगुनी हो जाती है जब तापमान अंतर T एक से दूसरे में दोगुना हो जाता है। इसके दूसरी तरफ, या फिर, गर्मी हस्तांतरण की दिशा के लंबवत क्षेत्र ए को दोगुना कर दिया जाता है, लेकिन यह आधा हो जाता है जब मोटाई एल दीवार। इसलिए, यह निष्कर्ष निकाला गया है कि एक सपाट परत के माध्यम से ऊष्मा चालन की गति अंतर के समानुपाती होती है इसके माध्यम से तापमान और गर्मी हस्तांतरण के क्षेत्र में, लेकिन यह उस परत की मोटाई के व्युत्क्रमानुपाती होता है; निम्नलिखित समीकरण द्वारा दर्शाया गया है:

जहां आनुपातिकता का स्थिरांक k है ऊष्मीय चालकता सामग्री की, जो गर्मी का संचालन करने के लिए सामग्री की क्षमता का एक उपाय है। xà0 के सीमित मामले में, पिछला समीकरण अपने अंतर रूप में कम हो जाता है:

विभेदक अभिव्यक्ति को कहा जाता है फूरियर का ऊष्मा चालन का नियम, जे के सम्मान में फूरियर, जिन्होंने पहली बार 1822 में गर्मी हस्तांतरण पर अपने पाठ में इसे व्यक्त किया था। dT/dx भाग कहलाता है तापमान प्रवणता, जो एक टी-एक्स आरेख पर तापमान वक्र की ढलान है, अर्थात, एक्स के संबंध में तापमान के परिवर्तन की दर, सामग्री की मोटाई, स्थान x पर। निष्कर्ष में, फूरियर का ऊष्मा चालन का नियम इंगित करता है कि एक दिशा में ऊष्मा चालन की दर उस दिशा में तापमान प्रवणता के समानुपाती होती है। ताप घटते तापमान की दिशा में आयोजित किया जाता है और तापमान ढाल नकारात्मक हो जाता है जब बाद वाला x बढ़ने के साथ घटता है। समीकरणों में ऋणात्मक चिन्ह इस बात की गारंटी देता है कि धनात्मक x दिशा में ऊष्मा स्थानांतरण एक धनात्मक मात्रा है।

ऊष्मा अंतरण का क्षेत्र A हमेशा उस स्थानान्तरण की दिशा के लंबवत होता है। उदाहरण के लिए, 5 मीटर लंबी, 3 मीटर ऊंची और 25 सेंटीमीटर मोटी दीवार के माध्यम से गर्मी के नुकसान के लिए, गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र ए = 15 वर्ग मीटर है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि दीवार की मोटाई ए को प्रभावित नहीं करती है।

ऊष्मीय चालकता

 सामग्रियों की महान विविधता गर्मी को अलग तरह से स्टोर करती है और विशिष्ट हीट सी की संपत्ति को परिभाषित किया गया है।_पी थर्मल ऊर्जा को स्टोर करने की सामग्री की क्षमता के उपाय के रूप में। उदाहरण के लिए, सी_पी= 4.18 kJ / Kg * ° C पानी के लिए, और 0.45 kJ / Kg * ° C लोहे के लिए, कमरे के तापमान पर, यह दर्शाता है कि पानी प्रति यूनिट द्रव्यमान की तुलना में लगभग 10 गुना अधिक ऊर्जा संग्रहीत कर सकता है। इसी तरह, तापीय चालकता k एक सामग्री की गर्मी का संचालन करने की क्षमता का एक उपाय है। उदाहरण के लिए, k = 0.608 W / m * ° C पानी के लिए, और 80.2 W / m * ° C लोहे के लिए, कमरे के तापमान पर, इंगित करता है कि लोहा पानी की तुलना में 100 गुना अधिक तेजी से गर्मी का संचालन करता है। इसलिए, पानी को लोहे के सापेक्ष ऊष्मा का कुचालक कहा जाता है, भले ही पानी तापीय ऊर्जा के भंडारण के लिए एक उत्कृष्ट माध्यम है।

ऊष्मीय चालकता को वेग के रूप में परिभाषित करने के लिए फूरियर के ऊष्मा चालन के नियम का उपयोग करना भी संभव है प्रति इकाई क्षेत्र प्रति इकाई तापमान अंतर में सामग्री की एक इकाई मोटाई के माध्यम से गर्मी हस्तांतरण। किसी सामग्री की तापीय चालकता गर्मी का संचालन करने के लिए सामग्री की क्षमता का एक उपाय है। थर्मल चालकता के लिए एक उच्च मूल्य इंगित करता है कि सामग्री गर्मी का एक अच्छा संवाहक है, और कम मूल्य इंगित करता है कि यह एक खराब कंडक्टर है या यह एक इंसुलेटिंग थर्मल।

ऊष्मीय विसरणशीलता

 सामग्री की एक और संपत्ति जो एक क्षणभंगुर शासन में गर्मी चालन के विश्लेषण में भाग लेती है (या परिवर्तन) ऊष्मीय प्रसार है, जो दर्शाता है कि सामग्री के माध्यम से कितनी तेजी से गर्मी फैलती है और इसे परिभाषित किया जाता है जारी रखें:

अंश का k ऊष्मीय चालकता, और विशिष्ट ऊष्मा द्वारा पदार्थ के घनत्व के हर का गुणनफल ऊष्मा क्षमता का प्रतिनिधित्व करता है। तापीय चालकता दर्शाती है कि कोई सामग्री कितनी अच्छी तरह ऊष्मा का संचालन करती है, और ऊष्मा क्षमता यह दर्शाती है कि प्रति इकाई आयतन में कितनी ऊर्जा संग्रहीत होती है। इसलिए, किसी सामग्री की ऊष्मीय विवर्तनता की कल्पना सामग्री के माध्यम से की जाने वाली ऊष्मा और प्रति इकाई आयतन में संग्रहीत ऊष्मा के बीच के अनुपात के रूप में की जा सकती है।

एक सामग्री जिसमें उच्च तापीय चालकता या कम ताप क्षमता होती है, अंततः एक उच्च तापीय विसरण होता है। ऊष्मीय प्रसार जितना अधिक होगा, माध्यम में उतनी ही तेजी से ऊष्मा का प्रसार होगा। दूसरी ओर, ऊष्मीय प्रसार के एक छोटे से मूल्य का मतलब है कि, अधिकांश भाग के लिए, सामग्री द्वारा गर्मी को अवशोषित किया जाता है और उस गर्मी की थोड़ी मात्रा को आगे संचालित किया जाएगा।

उदाहरण के लिए, बीफ और पानी के ऊष्मीय प्रसार समान हैं। तर्क इस तथ्य में निहित है कि मांस, साथ ही ताजी सब्जियां और फल, पानी के अधिकांश भाग के लिए बने होते हैं, और इसके परिणामस्वरूप इसके थर्मल गुण होते हैं।