ऊष्मीय प्रभाव: Difference between revisions

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[[File:EffusivitySensor.jpg|alt=Thermal Effusivity Sensor|thumb|थर्मल इफ्यूसिविटी सेंसर आमतौर पर सामग्री के प्रत्यक्ष माप में उपयोग किया जाता है।]][[ऊष्मप्रवैगिकी]] में, एक सामग्री की ऊष्मीय प्रवाहशीलता, जिसे तापीय प्रतिक्रिया के रूप में भी जाना जाता है, अपने परिवेश के साथ तापीय ऊर्जा का आदान-प्रदान करने की क्षमता का एक उपाय है। इसे सामग्री की तापीय चालकता के उत्पाद के वर्गमूल के रूप में परिभाषित किया गया है (<math>\lambda</math>) और इसकी अनुमापी ताप क्षमता (<math>\rho c_p</math>).<ref>[https://web.archive.org/web/20071014012424/http://www.evitherm.org/default.asp?ID=277 A reference defining various thermal properties]</ref><ref name=dante>{{cite book |last=Dante |first=Roberto C. |title=घर्षण सामग्री और उनके अनुप्रयोगों की पुस्तिका|year=2016 |publisher=Elsevier |doi=10.1016/B978-0-08-100619-1.00009-2 |pages=123–134}}</ref><ref name=carjae>{{cite book |last1=Carslaw |first1=H.S. |last2=Jaeger |first2=J.C. |title=ठोस पदार्थों में ऊष्मा का चालन|publisher=Clarendon Press, Oxford |year=1959 |isbn=978-0-19-853368-9 |url=https://books.google.com/books?id=ySRRAAAAMAAJ}}</ref>
[[File:EffusivitySensor.jpg|alt=Thermal Effusivity Sensor|thumb|ऊष्मीय इफ्यूसिविटी संवेदक आमतौर पर सामग्री के प्रत्यक्ष माप में उपयोग किया जाता है।]][[ऊष्मप्रवैगिकी]] में, एक सामग्री की ऊष्मीय प्रवाहशीलता, जिसे तापीय प्रतिक्रिया के रूप में भी जाना जाता है, अपने परिवेश के साथ तापीय ऊर्जा का आदान-प्रदान करने की क्षमता का एक उपाय है। इसे सामग्री की तापीय चालकता के उत्पाद के वर्गमूल (<math>\lambda</math>) और इसकी अनुमापी ताप क्षमता (<math>\rho c_p</math>) के रूप में परिभाषित किया गया है। <ref>[https://web.archive.org/web/20071014012424/http://www.evitherm.org/default.asp?ID=277 A reference defining various thermal properties]</ref><ref name=dante>{{cite book |last=Dante |first=Roberto C. |title=घर्षण सामग्री और उनके अनुप्रयोगों की पुस्तिका|year=2016 |publisher=Elsevier |doi=10.1016/B978-0-08-100619-1.00009-2 |pages=123–134}}</ref><ref name=carjae>{{cite book |last1=Carslaw |first1=H.S. |last2=Jaeger |first2=J.C. |title=ठोस पदार्थों में ऊष्मा का चालन|publisher=Clarendon Press, Oxford |year=1959 |isbn=978-0-19-853368-9 |url=https://books.google.com/books?id=ySRRAAAAMAAJ}}</ref>
:<math>e = \sqrt{\left(\lambda\rho c_p\right)}</math>
:<math>e = \sqrt{\left(\lambda\rho c_p\right)}</math>
तापीय प्रभावोत्पादकता के लिए [[इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली]] हैं <math>{\rm W} \sqrt{{\rm s}} / ({\rm m^2 K})</math>, या, समकक्ष, <math>{\rm J} / ( {\rm m^2 K}\sqrt{{\rm s}})</math>.
तापीय प्रभावोत्पादकता के लिए [[इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली]] <math>{\rm W} \sqrt{{\rm s}} / ({\rm m^2 K})</math> या, समकक्ष, <math>{\rm J} / ( {\rm m^2 K}\sqrt{{\rm s}})</math> हैं। अर्ध-अनंत कठोर शरीर के लिए सामग्री की तापीय जड़ता के लिए ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता एक अच्छा सन्निकटन है, जहां केवल प्रवाहकत्त्व की विसारक प्रक्रिया द्वारा ऊष्मा हस्तांतरण का प्रभुत्व होता है।
अर्ध-अनंत कठोर शरीर के लिए सामग्री की तापीय जड़ता के लिए ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता एक अच्छा सन्निकटन है, जहां केवल प्रवाहकत्त्व की विसारक प्रक्रिया द्वारा ऊष्मा हस्तांतरण का प्रभुत्व होता है।


ऊष्मीय बहाव एक पैरामीटर है जो एक पतली सतह जैसे क्षेत्र के माध्यम से गर्मी के प्रवाह के लिए गर्मी समीकरण के समाधान को लागू करने पर उभरता है।<ref name=carjae />  यह विशेष रूप से तब उपयोगी हो जाता है जब किसी सामग्री की वास्तविक सतह के निकट क्षेत्र का चयन किया जाता है। प्रवाहशीलता और थर्मोडायनामिक संतुलन को जानना # दो भौतिक निकायों में से प्रत्येक का समान तापमान तब उनके इंटरफ़ेस तापमान का अनुमान लगाने में सक्षम बनाता है <math>T_m</math> जब [[थर्मल संपर्क]] में रखा गया।<ref name=baehr>{{Cite book
ऊष्मीय बहाव एक मापदण्ड है जो एक पतली सतह जैसे क्षेत्र के माध्यम से गर्मी के प्रवाह के लिए गर्मी समीकरण के समाधान को लागू करने पर उभरता है।<ref name=carjae />  यह विशेष रूप से तब उपयोगी हो जाता है जब किसी सामग्री की वास्तविक सतह के निकट क्षेत्र का चयन किया जाता है। दो भौतिक पिंडों में से प्रत्येक के प्रवाह और संतुलन के तापमान को जानने के बाद ऊष्मीय संपर्क में रखे जाने पर उनके अंतरापृष्ठ तापमान <math>T_m</math> का अनुमान लगाया जा सकता है।<ref name=baehr>{{Cite book
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:<math>T_m = \frac{e_1 T_1 + e_2 T_2}{e_1+e_2}</math>
:<math>T_m = \frac{e_1 T_1 + e_2 T_2}{e_1+e_2}</math>
पुतलेपन को मापने के लिए इस संबंध के आधार पर विशेष सेंसर भी विकसित किए गए हैं।
एफ्फुसिविटी को मापने के लिए इस संबंध के आधार पर विशेष संवेदक भी विकसित किए गए हैं।


ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता और ऊष्मीय प्रसार संबंधित मात्राएँ हैं; क्रमशः एक उत्पाद बनाम एक सामग्री के मौलिक परिवहन और भंडारण गुणों का अनुपात। विसरणशीलता उष्मा समीकरण में स्पष्ट रूप से प्रकट होती है, जो एक ऊर्जा [[संरक्षण समीकरण]] है, और उस गति को मापता है जिस पर किसी पिंड द्वारा ऊष्मीय संतुलन तक पहुँचा जा सकता है।<ref name=dante />  इसके विपरीत एक शरीर की प्रवाहशीलता (जिसे कभी-कभी जड़ता, संचय, प्रतिक्रिया आदि भी कहा जाता है) एक समय-आवधिक, या इसी तरह परेशान करने वाले, मजबूर कार्य (अंतर समीकरण) के अधीन होने पर तापमान परिवर्तन का विरोध करने की क्षमता होती है।<ref name=veto>{{cite journal |url=https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2015/pdf/2914.pdf |last1=Veto |first1=M.S. |last2=Christensen |first2=P.R. |title=तापीय जड़त्व के गणितीय सिद्धांत पर दोबारा गौर किया गया|journal=46th Lunar and Planetary Science Conference |year=2015}}</ref><ref>{{Cite journal
ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता और ऊष्मीय प्रसार संबंधित मात्राएँ; क्रमशः एक उत्पाद बनाम एक सामग्री के मौलिक अभिगमन और भंडारण गुणों का अनुपात हैं। विसरणशीलता उष्मा समीकरण में स्पष्ट रूप से प्रकट होती है, जो एक ऊर्जा [[संरक्षण समीकरण]] है, और उस गति को मापता है जिस पर किसी पिंड द्वारा ऊष्मीय संतुलन तक पहुँचा जा सकता है।<ref name=dante />  इसके विपरीत एक शरीर की प्रवाहशीलता (जिसे कभी-कभी जड़ता, संचय, प्रतिक्रियात्मकता आदि भी कहा जाता है) एक समय-आवधिक, या इसी तरह परेशान करने वाले कार्य के अधीन तापमान परिवर्तन का प्रतिरोध करने की क्षमता होती है।<ref name=veto>{{cite journal |url=https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2015/pdf/2914.pdf |last1=Veto |first1=M.S. |last2=Christensen |first2=P.R. |title=तापीय जड़त्व के गणितीय सिद्धांत पर दोबारा गौर किया गया|journal=46th Lunar and Planetary Science Conference |year=2015}}</ref><ref>{{Cite journal
   |last=Williams  |first=F. A.
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=== संपर्क सतह पर तापमान ===
=== संपर्क सतह पर तापमान ===


यदि दो अर्ध-अनंत{{efn-lr|i.e. their thermal capacity is sufficiently large that their temperatures will not change measurably owing to this heat transfer}} शरीर शुरू में तापमान पर <math>T_1</math> और <math>T_2</math> सही थर्मल संपर्क में लाया जाता है, संपर्क सतह पर तापमान <math>T_m</math> उनके सापेक्ष प्रभाव के आधार पर एक [[भारित माध्य]] होगा।<ref name=baehr />इस रिश्ते को एक बहुत ही सरल कंट्रोल वॉल्यूम बैक-ऑफ-द-लिफाफा गणना के साथ प्रदर्शित किया जा सकता है:
यदि दो अर्ध-अनंत {{efn-lr|i.e. their thermal capacity is sufficiently large that their temperatures will not change measurably owing to this heat transfer}} पिंड प्रारम्भ में तापमान <math>T_1</math> और <math>T_2</math> पर सही ऊष्मीय संपर्क में लाया जाता है, संपर्क सतह पर तापमान <math>T_m</math> उनके सापेक्ष प्रभाव के आधार पर एक [[भारित माध्य]] होगा।<ref name=baehr /> इस रिश्ते को एक बहुत ही सरल नियंत्रण मात्रा आवरण के पीछे गणना के साथ प्रदर्शित किया जा सकता है:


निम्नलिखित 1D ऊष्मा चालन समस्या पर विचार करें। क्षेत्र 1 सामग्री 1 है, प्रारंभ में समान तापमान पर <math>T_1</math>, और क्षेत्र 2 सामग्री 2 है, शुरू में एक समान तापमान पर <math>T_2</math>. कुछ समय दिया <math>\Delta t</math> संपर्क में लाए जाने के बाद, गर्मी दो सामग्रियों के बीच की सीमा के पार फैल गई होगी। किसी पदार्थ की उष्मीय विसारकता होती है <math>\alpha = \lambda/(\rho c_p)</math>. गर्मी समीकरण (या [[प्रसार समीकरण]]) से, एक विशिष्ट प्रसार लंबाई <math> \Delta x_1 </math> सामग्री 1 में है
निम्नलिखित 1D ऊष्मा चालन समस्या पर विचार करें। प्रारंभ में समान तापमान <math>T_1</math> पर, क्षेत्र 1 सामग्री 1 है, और प्रारम्भ में एक समान तापमान <math>T_2</math> पर क्षेत्र 2 सामग्री 2 है। संपर्क में लाए जाने के बाद <math>\Delta t</math> की कुछ अवधि दी गई है, गर्मी दो सामग्रियों के बीच की सीमा में फैल गई होगी। एक सामग्री की तापीय विसारकता <math>\alpha = \lambda/(\rho c_p)</math> है। गर्मी समीकरण (या [[प्रसार समीकरण]]) से, सामग्री 1 में विशिष्ट प्रसार लंबाई <math> \Delta x_1 </math> है
:<math>\Delta x_1 \simeq \sqrt{\alpha_1 \cdot \Delta t}</math>, कहाँ <math>\alpha_1 = \lambda_1 / (\rho c_p)_1 </math>.
:<math>\Delta x_1 \simeq \sqrt{\alpha_1 \cdot \Delta t}</math>, जहाँ <math>\alpha_1 = \lambda_1 / (\rho c_p)_1 </math>.
इसी तरह, एक विशेषता प्रसार लंबाई <math> \Delta x_2 </math> सामग्री 2 में है
इसी तरह, एक विशेषता प्रसार लंबाई <math> \Delta x_2 </math> सामग्री 2 में है
:<math>\Delta x_2 \simeq \sqrt{\alpha_2 \cdot \Delta t}</math>, कहाँ <math>\alpha_2 = \lambda_2 / (\rho c_p)_2 </math>.
:<math>\Delta x_2 \simeq \sqrt{\alpha_2 \cdot \Delta t}</math>, जहाँ <math>\alpha_2 = \lambda_2 / (\rho c_p)_2 </math>.
मान लें कि दो सामग्रियों के बीच की सीमा के दोनों ओर विशेषता प्रसार लंबाई के भीतर का तापमान समान रूप से संपर्क तापमान पर है <math> T_m </math> (यह नियंत्रण-मात्रा दृष्टिकोण का सार है)। ऊर्जा का संरक्षण यह तय करता है
मान लें कि दो सामग्रियों के बीच की सीमा के दोनों ओर विशेषता प्रसार लंबाई के भीतर का तापमान समान रूप से संपर्क तापमान <math> T_m </math> पर है (यह नियंत्रण-मात्रा दृष्टिकोण का सार है)। ऊर्जा का संरक्षण यह तय करता है कि
:<math> \Delta x_1 (\rho c_p)_1 (T_1 - T_m) = \Delta x_2 (\rho c_p)_2 ( T_m - T_2 ) </math>.
:<math> \Delta x_1 (\rho c_p)_1 (T_1 - T_m) = \Delta x_2 (\rho c_p)_2 ( T_m - T_2 ) </math>.
के लिए उपरोक्त भावों का प्रतिस्थापन <math>\Delta x_1</math> और <math> \Delta x_2 </math> और उन्मूलन <math> \Delta t </math> संपर्क तापमान के लिए एक अभिव्यक्ति देता है।
<math>\Delta x_1</math> और <math> \Delta x_2 </math> के लिए उपरोक्त भावों का प्रतिस्थापन और उन्मूलन <math> \Delta t </math> संपर्क तापमान के लिए एक अभिव्यक्ति देता है।
:<math>T_m = T_1 + \left(T_2 - T_1\right)\frac{e_2}{e_2 + e_1}=\frac{e_1 T_1 + e_2 T_2}{e_1+e_2}</math>
:<math>T_m = T_1 + \left(T_2 - T_1\right)\frac{e_2}{e_2 + e_1}=\frac{e_1 T_1 + e_2 T_2}{e_1+e_2}</math>
यह अभिव्यक्ति पूर्ण तापीय संपर्क में अर्ध-अनंत पिंडों के लिए हर समय मान्य है। परिमित पिंडों के प्रारंभिक संपर्क तापमान के लिए यह एक अच्छा पहला अनुमान है।
यह अभिव्यक्ति पूर्ण तापीय संपर्क में अर्ध-अनंत पिंडों के लिए हर समय मान्य है। परिमित पिंडों के प्रारंभिक संपर्क तापमान के लिए यह एक अच्छा पहला अनुमान है।


भले ही अंतर्निहित ऊष्मा समीकरण परवलयिक है और अतिशयोक्तिपूर्ण नहीं है (अर्थात यह तरंगों का समर्थन नहीं करता है), अगर हम किसी मोटे अर्थ में खुद को तापमान में उछाल के बारे में सोचने की अनुमति देते हैं क्योंकि दो सामग्रियों को एक संकेत के रूप में संपर्क में लाया जाता है, तो संचरण तापमान संकेत 1 से 2 तक है <math> e_1 / (e_1 + e_2) </math>. स्पष्ट रूप से, इस सादृश्यता का उपयोग सावधानी के साथ किया जाना चाहिए; अन्य चेतावनियों के बीच, यह केवल एक क्षणिक अर्थ में लागू होता है, मीडिया के लिए जो पर्याप्त रूप से बड़े हैं (या समय के पैमाने काफी कम हैं) को प्रभावी रूप से असीमित माना जाता है।
भले ही अंतर्निहित ऊष्मा समीकरण परवलयिक है और अतिशयोक्तिपूर्ण नहीं है (अर्थात यह तरंगों का समर्थन नहीं करता है), अगर हम किसी अपूर्ण अर्थ में खुद को तापमान में उछाल के बारे में सोचने की अनुमति देते हैं क्योंकि दो सामग्रियों को एक संकेत के रूप में संपर्क में लाया जाता है, तो संचरण तापमान संकेत 1 से 2 तक <math> e_1 / (e_1 + e_2) </math> है। स्पष्ट रूप से, इस सादृश्यता का उपयोग सावधानी के साथ किया जाना चाहिए; अन्य चेतावनियों के बीच, यह केवल एक क्षणिक अर्थ में लागू होता है, जनसंचार के लिए जो पर्याप्त रूप से बड़े हैं (या समय के मापक्रम काफी कम हैं) उनको प्रभावी रूप से असीमित माना जाता है।


=== मानव त्वचा द्वारा महसूस की गई गर्मी ===
=== मानव त्वचा द्वारा अनुभव की गई गर्मी ===


ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता का एक अनुप्रयोग सामग्री की शीतलता या गर्माहट का अर्ध-गुणात्मक माप है, जिसे [[थर्मोसेप्शन]] के रूप में भी जाना जाता है। यह कपड़ा, कपड़े और निर्माण सामग्री के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण मीट्रिक है। तापमान के बजाय, त्वचा [[थर्मोरेसेप्टर]]्स गर्मी के अंदरूनी या बाहरी प्रवाह के प्रति अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं। इस प्रकार, कमरे के तापमान के पास समान तापमान होने के बावजूद, एक उच्च प्रवाहकता वाली धातु वस्तु को ठंडा पाया जाता है जबकि कम बहाव वाले कपड़े को गर्म होने के रूप में महसूस किया जाता है।<ref name=dante />
ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता का एक अनुप्रयोग सामग्री की शीतलता या गर्माहट का अर्ध-गुणात्मक माप है, जिसे [[थर्मोसेप्शन]] के रूप में भी जाना जाता है। यह कपड़ा, कपड़े और निर्माण सामग्री के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण मात्रिक है। तापमान के स्थान पर, त्वचा ऊष्मा ग्राही गर्मी के अंतर्मुखी या बाहरी प्रवाह के प्रति अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं। इस प्रकार, कमरे के तापमान के पास समान तापमान होने पर भी, एक उच्च प्रवाहकता वाली धातु वस्तु को ठंडा पाया जाता है जबकि कम बहाव वाले कपड़े को गर्म होने के रूप में अनुभव किया जाता है।<ref name=dante />




=== ग्रह विज्ञान ===
=== ग्रह विज्ञान ===


ग्रहों की सतहों के लिए, वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता#थर्मल जड़ता एक प्रमुख घटना है जो [[दैनिक चक्र]] और [[मौसम]]ी सतह तापमान भिन्नताओं को नियंत्रित करती है। मंगल जैसे स्थलीय ग्रह की ऊष्मीय जड़ता को इसके निकट-सतह भूगर्भिक सामग्रियों की तापीय प्रवाहशीलता से अनुमानित किया जा सकता है। [[रिमोट सेंसिंग]] अनुप्रयोगों में, थर्मल जड़ता कण आकार, रॉक बहुतायत, बेडरॉक आउटक्रॉपिंग और इंडरेशन की डिग्री (यानी मोटाई और कठोरता) के एक जटिल संयोजन का प्रतिनिधित्व करती है।<ref>{{cite journal |last=Christensen |first=P.R. |display-authors=etal |title=Mars Global Surveyor Thermal Emission Spectrometer experiment: Investigation description and surface science results |journal=Journal of Geophysical Research: Planets |volume=106 |number=E10 |date=25 October 2001 |pages=23823–23871 |doi=10.1029/2000JE001370 |bibcode=2001JGR...10623823C |doi-access=free}}</ref>
ग्रहों की सतहों के लिए, आयतनमितीय ताप क्षमता एक प्रमुख घटना है जो [[दैनिक चक्र]] और [[मौसम]]ी सतह तापमान भिन्नताओं को नियंत्रित करती है। मंगल जैसे स्थलीय ग्रह की ऊष्मीय जड़ता को इसके निकट-सतह भूगर्भिक सामग्रियों की तापीय प्रवाहशीलता से अनुमानित किया जा सकता है। [[रिमोट सेंसिंग|सुदूर संवेदन]] अनुप्रयोगों में, ऊष्मीय जड़ता कण आकार, शिला बहुतायत, आधार शैल आउटक्रॉपिंग और प्रेरण की घात (यानी मोटाई और कठोरता) के एक जटिल संयोजन का प्रतिनिधित्व करती है।<ref>{{cite journal |last=Christensen |first=P.R. |display-authors=etal |title=Mars Global Surveyor Thermal Emission Spectrometer experiment: Investigation description and surface science results |journal=Journal of Geophysical Research: Planets |volume=106 |number=E10 |date=25 October 2001 |pages=23823–23871 |doi=10.1029/2000JE001370 |bibcode=2001JGR...10623823C |doi-access=free}}</ref>
कभी-कभी दैनिक तापमान वक्र के आयाम (अर्थात् अधिकतम माइनस न्यूनतम सतह तापमान) से ऊष्मीय जड़त्व का एक मोटा सन्निकटन प्राप्त किया जाता है।<ref name=veto />कम ऊष्मीय प्रवाहशीलता वाली सामग्री का तापमान दिन के दौरान महत्वपूर्ण रूप से बदलता है, जबकि उच्च तापीय प्रवाहकता वाली सामग्री का तापमान बहुत अधिक नहीं बदलता है। सतह की ऊष्मीय जड़ता को समझने और समझने से उस सतह की छोटी-छोटी विशेषताओं को पहचानने में मदद मिल सकती है। अन्य डेटा के संयोजन के साथ, थर्मल जड़ता इन सामग्रियों को बनाने के लिए जिम्मेदार सतह सामग्री और भूगर्भीय प्रक्रियाओं को चिह्नित करने में मदद कर सकती है।<ref>{{cite journal |last=Price |first=John C. |title=Thermal Mapping: A New View of the Earth |journal=Journal of Geophysical Research |volume=82 |issue=18 |pages=2582–2590 |date=20 June 1977 |doi=10.1029/JC082i018p02582 |doi-access=free}}</ref>
 
पृथ्वी पर, वैश्विक महासागर की ऊष्मीय जड़ता [[जलवायु प्रतिबद्धता]] को प्रभावित करने वाला एक प्रमुख कारक है, [[ग्लोबल वार्मिंग]] की डिग्री का अनुमान अंततः जलवायु परिवर्तन में एक कदम परिवर्तन से होता है, जैसे कि वायुमंडलीय [[ग्रीन हाउस गैसें]] में एक निश्चित वृद्धि। विशेष रूप से ऊपरी [[मिश्रित परत]] के माध्यम से संवहन ताप हस्तांतरण के कारण महासागरीय तापीय जड़ता भूमि जड़ता से बहुत अधिक है।<ref>{{cite web |url=https://earthobservatory.nasa.gov/features/HeatBucket/heatbucket.php |title=पृथ्वी की बड़ी गर्मी की बाल्टी|publisher=NASA Earth Observatory |author=Michon Scott |date=24 April 2006}}</ref> स्थिर और जमे हुए पानी के ऊष्मीय प्रवाह बहु-स्तरित महासागर की विशाल तापीय जड़ता को कम आंकते हैं।<ref>{{cite web |url=https://scied.ucar.edu/learning-zone/earth-system/climate-system/transfer-and-storage-heat-oceans |title=महासागरों में ऊष्मा का स्थानांतरण और भंडारण|publisher=UCAR Center for Science Education |accessdate=3 March 2023}}</ref>
कभी-कभी दैनिक तापमान वक्र के आयाम (अर्थात् अधिकतम घटाव न्यूनतम सतह तापमान) से ऊष्मीय जड़त्व का एक मोटा सन्निकटन प्राप्त किया जाता है।<ref name="veto" /> कम ऊष्मीय प्रवाहशीलता वाली सामग्री का तापमान दिन के उपरान्त महत्वपूर्ण रूप से बदलता है, जबकि उच्च तापीय प्रवाहकता वाली सामग्री का तापमान बहुत अधिक नहीं बदलता है। सतह की ऊष्मीय जड़ता को समझने से उस सतह की छोटी-छोटी विशेषताओं को पहचानने में मदद मिल सकती है। अन्य आंकड़ों के संयोजन के साथ, ऊष्मीय जड़ता इन सामग्रियों को बनाने के लिए जिम्मेदार सतह सामग्री और भूगर्भीय प्रक्रियाओं को चिह्नित करने में मदद कर सकती है।<ref>{{cite journal |last=Price |first=John C. |title=Thermal Mapping: A New View of the Earth |journal=Journal of Geophysical Research |volume=82 |issue=18 |pages=2582–2590 |date=20 June 1977 |doi=10.1029/JC082i018p02582 |doi-access=free}}</ref>
 
पृथ्वी पर, वैश्विक महासागर की ऊष्मीय जड़ता [[जलवायु प्रतिबद्धता]] को प्रभावित करने वाला एक प्रमुख कारक है, [[ग्लोबल वार्मिंग|विश्वव्यापी तापक्रम वृद्धि]] की घात का अनुमान अंततः जलवायु परिवर्तन में एक कदम परिवर्तन से होता है, जैसे कि वायुमंडलीय [[ग्रीन हाउस गैसें]] में एक निश्चित वृद्धि होती है। विशेष रूप से ऊपरी [[मिश्रित परत]] के माध्यम से संवहन ताप हस्तांतरण के कारण महासागरीय तापीय जड़ता भूमि जड़ता से बहुत अधिक है।<ref>{{cite web |url=https://earthobservatory.nasa.gov/features/HeatBucket/heatbucket.php |title=पृथ्वी की बड़ी गर्मी की बाल्टी|publisher=NASA Earth Observatory |author=Michon Scott |date=24 April 2006}}</ref> स्थिर और जमे हुए पानी के ऊष्मीय प्रवाह बहु-स्तरित महासागर की विशाल तापीय जड़ता को कम आंकते हैं।<ref>{{cite web |url=https://scied.ucar.edu/learning-zone/earth-system/climate-system/transfer-and-storage-heat-oceans |title=महासागरों में ऊष्मा का स्थानांतरण और भंडारण|publisher=UCAR Center for Science Education |accessdate=3 March 2023}}</ref>
 




=== थर्मोग्राफिक निरीक्षण ===
=== थर्मोग्राफिक निरीक्षण ===
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थर्मोग्राफिक निरीक्षण में विभिन्न प्रकार के गैर-विनाशकारी परीक्षण विधियों को शामिल किया गया है जो स्थानांतरण माध्यम के माध्यम से गर्मी प्रसार की लहर जैसी विशेषताओं का उपयोग करते हैं। इन विधियों में पल्स-इको [[थर्मोग्राफी]] और थर्मल वेव इमेजिंग शामिल हैं। निरीक्षण की जा रही सामग्रियों की ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता और विसारकता गणितीय मॉडलिंग को सरल बनाने और इस प्रकार इन तकनीकों के परिणामों की व्याख्या करने में मदद कर सकती है।<ref>{{cite journal |last1=Sharma |first1=Anshul |last2=Mulaveesala |first2=Ravibabu |last3=Arora |first3=Vanita |title=ऑस्टियोपोरोसिस का पता लगाने के लिए थर्मल डिफ्यूसिविटी और इफ्यूसिविटी के आकलन के लिए उपन्यास विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण|journal=IEEE Sensors Journal |volume=20 |issue=11 |date=1 June 2020 |pages=6046–6054 |doi=10.1109/JSEN.2020.2973233|bibcode=2020ISenJ..20.6046S |s2cid=213986857 }}</ref>
थर्मोग्राफिक निरीक्षण में विभिन्न प्रकार के गैर-विनाशकारी परीक्षण विधियों को सम्मिलित किया गया है जो स्थानांतरण माध्यम के माध्यम से गर्मी प्रसार की लहर जैसी विशेषताओं का उपयोग करते हैं। इन विधियों में स्पंद-प्रतिध्वनि [[थर्मोग्राफी|ऊष्मलेखन]] और ऊष्मीय तरंग प्रतिबिंबन सम्मिलित हैं। निरीक्षण की जा रही सामग्रियों की ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता और विसारकता गणितीय प्रतिरूपण को सरल बनाने और इस प्रकार इन तकनीकों के परिणामों की व्याख्या करने में मदद कर सकती है।<ref>{{cite journal |last1=Sharma |first1=Anshul |last2=Mulaveesala |first2=Ravibabu |last3=Arora |first3=Vanita |title=ऑस्टियोपोरोसिस का पता लगाने के लिए थर्मल डिफ्यूसिविटी और इफ्यूसिविटी के आकलन के लिए उपन्यास विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण|journal=IEEE Sensors Journal |volume=20 |issue=11 |date=1 June 2020 |pages=6046–6054 |doi=10.1109/JSEN.2020.2973233|bibcode=2020ISenJ..20.6046S |s2cid=213986857 }}</ref>




== मापन व्याख्या ==
== मापन व्याख्या ==


जब किसी सामग्री को सतह से किसी क्षणिक विधि या उपकरण द्वारा कम परीक्षण समय के साथ मापा जाता है, तो गर्मी हस्तांतरण तंत्र में आम तौर पर चालन, संवहन और विकिरण शामिल होते हैं। चालन कमरे के तापमान के पास और नीचे ठोस निकायों के तापीय व्यवहार पर हावी हो सकता है।
जब किसी सामग्री को सतह से किसी क्षणिक विधि या उपकरण द्वारा कम परीक्षण समय के साथ मापा जाता है, तो गर्मी हस्तांतरण तंत्र में सामान्यतः चालन, संवहन और विकिरण सम्मिलित होते हैं। चालन कमरे के तापमान के पास और नीचे ठोस निकायों के तापीय व्यवहार पर हावी हो सकता है।


सेंसर और नमूने के बीच एक [[थर्मल संपर्क प्रतिरोध]] (सतह खुरदरापन, ऑक्सीकरण, अशुद्धियों आदि के कारण) भी मौजूद हो सकता है। उच्च ताप अपव्यय (बड़े तापमान अंतरों द्वारा संचालित) के मूल्यांकन इसी तरह एक [[इंटरफेसियल थर्मल प्रतिरोध]] से प्रभावित हो सकते हैं। इन सभी कारकों, शरीर के परिमित आयामों के साथ, माप के निष्पादन और परिणामों की व्याख्या के दौरान विचार किया जाना चाहिए।
संवेदक और प्रतिरूप के बीच एक [[थर्मल संपर्क प्रतिरोध|ऊष्मीय संपर्क प्रतिरोध]] (सतह खुरदरापन, ऑक्सीकरण, अशुद्धियों आदि के कारण) भी उपस्थित हो सकता है। उच्च ताप अपव्यय (बड़े तापमान अंतरों द्वारा संचालित) के मूल्यांकन इसी तरह एक [[इंटरफेसियल थर्मल प्रतिरोध|अंतरापृष्ठीय ऊष्मीय प्रतिरोध]] से प्रभावित हो सकते हैं। इन सभी कारकों, शरीर के परिमित आयामों के साथ, माप के निष्पादन और परिणामों की व्याख्या के उपरान्त विचार किया जाना चाहिए।
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| Water * {{Anchor|tewat}}|| 1.6 || <ref name="eleccool" /> <ref name="thermtst" />
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<small>(*) न्यूनतम संवहन <br>
<small>(*) न्यूनतम संवहन <br>

Revision as of 11:48, 27 April 2023

Thermal Effusivity Sensor
ऊष्मीय इफ्यूसिविटी संवेदक आमतौर पर सामग्री के प्रत्यक्ष माप में उपयोग किया जाता है।

ऊष्मप्रवैगिकी में, एक सामग्री की ऊष्मीय प्रवाहशीलता, जिसे तापीय प्रतिक्रिया के रूप में भी जाना जाता है, अपने परिवेश के साथ तापीय ऊर्जा का आदान-प्रदान करने की क्षमता का एक उपाय है। इसे सामग्री की तापीय चालकता के उत्पाद के वर्गमूल () और इसकी अनुमापी ताप क्षमता () के रूप में परिभाषित किया गया है। [1][2][3]

तापीय प्रभावोत्पादकता के लिए इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली या, समकक्ष, हैं। अर्ध-अनंत कठोर शरीर के लिए सामग्री की तापीय जड़ता के लिए ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता एक अच्छा सन्निकटन है, जहां केवल प्रवाहकत्त्व की विसारक प्रक्रिया द्वारा ऊष्मा हस्तांतरण का प्रभुत्व होता है।

ऊष्मीय बहाव एक मापदण्ड है जो एक पतली सतह जैसे क्षेत्र के माध्यम से गर्मी के प्रवाह के लिए गर्मी समीकरण के समाधान को लागू करने पर उभरता है।[3] यह विशेष रूप से तब उपयोगी हो जाता है जब किसी सामग्री की वास्तविक सतह के निकट क्षेत्र का चयन किया जाता है। दो भौतिक पिंडों में से प्रत्येक के प्रवाह और संतुलन के तापमान को जानने के बाद ऊष्मीय संपर्क में रखे जाने पर उनके अंतरापृष्ठ तापमान का अनुमान लगाया जा सकता है।[4]

एफ्फुसिविटी को मापने के लिए इस संबंध के आधार पर विशेष संवेदक भी विकसित किए गए हैं।

ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता और ऊष्मीय प्रसार संबंधित मात्राएँ; क्रमशः एक उत्पाद बनाम एक सामग्री के मौलिक अभिगमन और भंडारण गुणों का अनुपात हैं। विसरणशीलता उष्मा समीकरण में स्पष्ट रूप से प्रकट होती है, जो एक ऊर्जा संरक्षण समीकरण है, और उस गति को मापता है जिस पर किसी पिंड द्वारा ऊष्मीय संतुलन तक पहुँचा जा सकता है।[2] इसके विपरीत एक शरीर की प्रवाहशीलता (जिसे कभी-कभी जड़ता, संचय, प्रतिक्रियात्मकता आदि भी कहा जाता है) एक समय-आवधिक, या इसी तरह परेशान करने वाले कार्य के अधीन तापमान परिवर्तन का प्रतिरोध करने की क्षमता होती है।[5][6]


अनुप्रयोग

संपर्क सतह पर तापमान

यदि दो अर्ध-अनंत [lower-roman 1] पिंड प्रारम्भ में तापमान और पर सही ऊष्मीय संपर्क में लाया जाता है, संपर्क सतह पर तापमान उनके सापेक्ष प्रभाव के आधार पर एक भारित माध्य होगा।[4] इस रिश्ते को एक बहुत ही सरल नियंत्रण मात्रा आवरण के पीछे गणना के साथ प्रदर्शित किया जा सकता है:

निम्नलिखित 1D ऊष्मा चालन समस्या पर विचार करें। प्रारंभ में समान तापमान पर, क्षेत्र 1 सामग्री 1 है, और प्रारम्भ में एक समान तापमान पर क्षेत्र 2 सामग्री 2 है। संपर्क में लाए जाने के बाद की कुछ अवधि दी गई है, गर्मी दो सामग्रियों के बीच की सीमा में फैल गई होगी। एक सामग्री की तापीय विसारकता है। गर्मी समीकरण (या प्रसार समीकरण) से, सामग्री 1 में विशिष्ट प्रसार लंबाई है

, जहाँ .

इसी तरह, एक विशेषता प्रसार लंबाई सामग्री 2 में है

, जहाँ .

मान लें कि दो सामग्रियों के बीच की सीमा के दोनों ओर विशेषता प्रसार लंबाई के भीतर का तापमान समान रूप से संपर्क तापमान पर है (यह नियंत्रण-मात्रा दृष्टिकोण का सार है)। ऊर्जा का संरक्षण यह तय करता है कि

.

और के लिए उपरोक्त भावों का प्रतिस्थापन और उन्मूलन संपर्क तापमान के लिए एक अभिव्यक्ति देता है।

यह अभिव्यक्ति पूर्ण तापीय संपर्क में अर्ध-अनंत पिंडों के लिए हर समय मान्य है। परिमित पिंडों के प्रारंभिक संपर्क तापमान के लिए यह एक अच्छा पहला अनुमान है।

भले ही अंतर्निहित ऊष्मा समीकरण परवलयिक है और अतिशयोक्तिपूर्ण नहीं है (अर्थात यह तरंगों का समर्थन नहीं करता है), अगर हम किसी अपूर्ण अर्थ में खुद को तापमान में उछाल के बारे में सोचने की अनुमति देते हैं क्योंकि दो सामग्रियों को एक संकेत के रूप में संपर्क में लाया जाता है, तो संचरण तापमान संकेत 1 से 2 तक है। स्पष्ट रूप से, इस सादृश्यता का उपयोग सावधानी के साथ किया जाना चाहिए; अन्य चेतावनियों के बीच, यह केवल एक क्षणिक अर्थ में लागू होता है, जनसंचार के लिए जो पर्याप्त रूप से बड़े हैं (या समय के मापक्रम काफी कम हैं) उनको प्रभावी रूप से असीमित माना जाता है।

मानव त्वचा द्वारा अनुभव की गई गर्मी

ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता का एक अनुप्रयोग सामग्री की शीतलता या गर्माहट का अर्ध-गुणात्मक माप है, जिसे थर्मोसेप्शन के रूप में भी जाना जाता है। यह कपड़ा, कपड़े और निर्माण सामग्री के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण मात्रिक है। तापमान के स्थान पर, त्वचा ऊष्मा ग्राही गर्मी के अंतर्मुखी या बाहरी प्रवाह के प्रति अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं। इस प्रकार, कमरे के तापमान के पास समान तापमान होने पर भी, एक उच्च प्रवाहकता वाली धातु वस्तु को ठंडा पाया जाता है जबकि कम बहाव वाले कपड़े को गर्म होने के रूप में अनुभव किया जाता है।[2]


ग्रह विज्ञान

ग्रहों की सतहों के लिए, आयतनमितीय ताप क्षमता एक प्रमुख घटना है जो दैनिक चक्र और मौसमी सतह तापमान भिन्नताओं को नियंत्रित करती है। मंगल जैसे स्थलीय ग्रह की ऊष्मीय जड़ता को इसके निकट-सतह भूगर्भिक सामग्रियों की तापीय प्रवाहशीलता से अनुमानित किया जा सकता है। सुदूर संवेदन अनुप्रयोगों में, ऊष्मीय जड़ता कण आकार, शिला बहुतायत, आधार शैल आउटक्रॉपिंग और प्रेरण की घात (यानी मोटाई और कठोरता) के एक जटिल संयोजन का प्रतिनिधित्व करती है।[7]

कभी-कभी दैनिक तापमान वक्र के आयाम (अर्थात् अधिकतम घटाव न्यूनतम सतह तापमान) से ऊष्मीय जड़त्व का एक मोटा सन्निकटन प्राप्त किया जाता है।[5] कम ऊष्मीय प्रवाहशीलता वाली सामग्री का तापमान दिन के उपरान्त महत्वपूर्ण रूप से बदलता है, जबकि उच्च तापीय प्रवाहकता वाली सामग्री का तापमान बहुत अधिक नहीं बदलता है। सतह की ऊष्मीय जड़ता को समझने से उस सतह की छोटी-छोटी विशेषताओं को पहचानने में मदद मिल सकती है। अन्य आंकड़ों के संयोजन के साथ, ऊष्मीय जड़ता इन सामग्रियों को बनाने के लिए जिम्मेदार सतह सामग्री और भूगर्भीय प्रक्रियाओं को चिह्नित करने में मदद कर सकती है।[8]

पृथ्वी पर, वैश्विक महासागर की ऊष्मीय जड़ता जलवायु प्रतिबद्धता को प्रभावित करने वाला एक प्रमुख कारक है, विश्वव्यापी तापक्रम वृद्धि की घात का अनुमान अंततः जलवायु परिवर्तन में एक कदम परिवर्तन से होता है, जैसे कि वायुमंडलीय ग्रीन हाउस गैसें में एक निश्चित वृद्धि होती है। विशेष रूप से ऊपरी मिश्रित परत के माध्यम से संवहन ताप हस्तांतरण के कारण महासागरीय तापीय जड़ता भूमि जड़ता से बहुत अधिक है।[9] स्थिर और जमे हुए पानी के ऊष्मीय प्रवाह बहु-स्तरित महासागर की विशाल तापीय जड़ता को कम आंकते हैं।[10]


थर्मोग्राफिक निरीक्षण

थर्मोग्राफिक निरीक्षण में विभिन्न प्रकार के गैर-विनाशकारी परीक्षण विधियों को सम्मिलित किया गया है जो स्थानांतरण माध्यम के माध्यम से गर्मी प्रसार की लहर जैसी विशेषताओं का उपयोग करते हैं। इन विधियों में स्पंद-प्रतिध्वनि ऊष्मलेखन और ऊष्मीय तरंग प्रतिबिंबन सम्मिलित हैं। निरीक्षण की जा रही सामग्रियों की ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता और विसारकता गणितीय प्रतिरूपण को सरल बनाने और इस प्रकार इन तकनीकों के परिणामों की व्याख्या करने में मदद कर सकती है।[11]


मापन व्याख्या

जब किसी सामग्री को सतह से किसी क्षणिक विधि या उपकरण द्वारा कम परीक्षण समय के साथ मापा जाता है, तो गर्मी हस्तांतरण तंत्र में सामान्यतः चालन, संवहन और विकिरण सम्मिलित होते हैं। चालन कमरे के तापमान के पास और नीचे ठोस निकायों के तापीय व्यवहार पर हावी हो सकता है।

संवेदक और प्रतिरूप के बीच एक ऊष्मीय संपर्क प्रतिरोध (सतह खुरदरापन, ऑक्सीकरण, अशुद्धियों आदि के कारण) भी उपस्थित हो सकता है। उच्च ताप अपव्यय (बड़े तापमान अंतरों द्वारा संचालित) के मूल्यांकन इसी तरह एक अंतरापृष्ठीय ऊष्मीय प्रतिरोध से प्रभावित हो सकते हैं। इन सभी कारकों, शरीर के परिमित आयामों के साथ, माप के निष्पादन और परिणामों की व्याख्या के उपरान्त विचार किया जाना चाहिए।

चयनित सामग्रियों और पदार्थों की ऊष्मीय प्रवाहशीलता

यह कुछ सामान्य पदार्थों की ऊष्मीय प्रवाहशीलता की सूची है, जिसका मूल्यांकन कमरे के तापमान पर किया जाता है जब तक कि अन्यथा इंगित न किया गया हो।

List of thermal effusivities
सामग्री ऊष्मीय प्रभाव
( )
संदर्भ
वायु * 0.006 [12] [13]
ऊन 0.07 [12]
कॉर्क 0.1 [13]
बाल्सा लकड़ी 0.26 [13] [14]
कागज़ 0.3 [13]
चीड़ की लकड़ी 0.36-0.66 [13]
प्लास्टरबोर्ड 0.38 [14]
मिट्टी 0.5-2.6 [13]
कंक्रीट सिंडरब्लॉक 0.59 [13]
पीवीसी - पॉलीविनाइल विरंजक 0.6 [12] [13]
रेत (सूखा) 0.63 [13]
ईंट 1.0-1.6 [14]
त्वचा 1.0 [12]
स्फटिक - संगलित सिलिका 1.5 [12] [13]
पानी * 1.6 [12] [13]
कंक्रीट (घना) 2.0 [14]
कणाश्‍य 2.0-3.0 [13]
बर्फ - ठोस H2O 2.8 [12] [13]
सिलिकॉन 14.4 [12] [13]
लोहा 15.9 [12] [13]
अल्युमीनियम 23.7 [12] [13]
ताँबा 36.9 [12] [13]

(*) न्यूनतम संवहन

यह भी देखें

संदर्भ

  1. i.e. their thermal capacity is sufficiently large that their temperatures will not change measurably owing to this heat transfer

  1. A reference defining various thermal properties
  2. 2.0 2.1 2.2 Dante, Roberto C. (2016). घर्षण सामग्री और उनके अनुप्रयोगों की पुस्तिका. Elsevier. pp. 123–134. doi:10.1016/B978-0-08-100619-1.00009-2.
  3. 3.0 3.1 Carslaw, H.S.; Jaeger, J.C. (1959). ठोस पदार्थों में ऊष्मा का चालन. Clarendon Press, Oxford. ISBN 978-0-19-853368-9.
  4. 4.0 4.1 Baehr, H.D.; Stephan, K. (2004). Wärme- und Stoffübertragung 4. Auflage. Springer. p. 172. doi:10.1007/978-3-662-10833-8. ISBN 978-3-662-10834-5.
  5. 5.0 5.1 Veto, M.S.; Christensen, P.R. (2015). "तापीय जड़त्व के गणितीय सिद्धांत पर दोबारा गौर किया गया" (PDF). 46th Lunar and Planetary Science Conference.
  6. Williams, F. A. (2009). "Simplified theory for ignition times of hypergolic gelled propellants". J. Propulsion and Power. 25 (6): 1354–1357. doi:10.2514/1.46531.
  7. Christensen, P.R.; et al. (25 October 2001). "Mars Global Surveyor Thermal Emission Spectrometer experiment: Investigation description and surface science results". Journal of Geophysical Research: Planets. 106 (E10): 23823–23871. Bibcode:2001JGR...10623823C. doi:10.1029/2000JE001370.
  8. Price, John C. (20 June 1977). "Thermal Mapping: A New View of the Earth". Journal of Geophysical Research. 82 (18): 2582–2590. doi:10.1029/JC082i018p02582.
  9. Michon Scott (24 April 2006). "पृथ्वी की बड़ी गर्मी की बाल्टी". NASA Earth Observatory.
  10. "महासागरों में ऊष्मा का स्थानांतरण और भंडारण". UCAR Center for Science Education. Retrieved 3 March 2023.
  11. Sharma, Anshul; Mulaveesala, Ravibabu; Arora, Vanita (1 June 2020). "ऑस्टियोपोरोसिस का पता लगाने के लिए थर्मल डिफ्यूसिविटी और इफ्यूसिविटी के आकलन के लिए उपन्यास विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण". IEEE Sensors Journal. 20 (11): 6046–6054. Bibcode:2020ISenJ..20.6046S. doi:10.1109/JSEN.2020.2973233. S2CID 213986857.
  12. 12.00 12.01 12.02 12.03 12.04 12.05 12.06 12.07 12.08 12.09 12.10 Clemens J.M. Lasance (November 2007). "Materials Data". electronics-cooling.com.
  13. 13.00 13.01 13.02 13.03 13.04 13.05 13.06 13.07 13.08 13.09 13.10 13.11 13.12 13.13 13.14 13.15 13.16 "Materials Thermal Properties Database". thermtest.com. Retrieved 17 January 2023.
  14. 14.0 14.1 14.2 14.3 Tim Dwyer (January 2013). "Simple thermal analysis for buildings". cibsejournal.com.


बाहरी संबंध