ऊष्मीय प्रभाव

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 ($\lambda$) और इसकी अनुमापी ताप क्षमता ($\rho c_{p}$) के रूप में परिभाषित किया गया है।

$e={\sqrt {\left(\lambda \rho c_{p}\right)}}$

तापीय प्रभावोत्पादकता के लिए इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली ${\rm {W}}{\sqrt {\rm {s}}}/({\rm {m^{2}K}})$ या, समकक्ष, ${\rm {J}}/({\rm {m^{2}K}}{\sqrt {\rm {s}}})$ 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 ऊष्मा के प्रवाह के लिए ऊष्मा समीकरण के समाधान को लागू करने पर उभरता है। 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 समूहों में से प्रत्येक के प्रवाह और संतुलन के तापमान को जानने के बाद ऊष्मीय संपर्क में रखे जाने पर उनके अंतरापृष्ठ तापमान $T_{m}$ का अनुमान लगाया जा सकता है।

$T_{m}={\frac {e_{1}T_{1}+e_{2}T_{2}}{e_{1}+e_{2}}}$

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 समूह द्वारा ऊष्मीय संतुलन तक पहुँचा जा सकता है। 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।

अनुप्रयोग

संपर्क सतह पर तापमान

यदि दो अर्ध-अनंत समूह प्रारम्भ में तापमान $T_{1}$ और $T_{2}$ पर सही ऊष्मीय संपर्क में लाया जाता है, संपर्क सतह पर तापमान $T_{m}$ उनके सापेक्ष प्रभाव के आधार पर एक भारित माध्य होगा। इस संबंध 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 $T_{1}$ पर, क्षेत्र 1 सामग्री 1 है, और प्रारम्भ में एक समान तापमान $T_{2}$ पर क्षेत्र 2 सामग्री 2 है। संपर्क में लाए जाने के बाद $\Delta t$ की कुछ अवधि दी गई है, ऊष्मा दो सामग्रियों के बीच की सीमा में फैल गई होगी। एक सामग्री की तापीय विसारकता $\alpha =\lambda /(\rho c_{p})$ है। ऊष्मा समीकरण (या प्रसार समीकरण) से, सामग्री 1 में विशिष्ट प्रसार लंबाई $\Delta x_{1}$ है

$\Delta x_{1}\simeq {\sqrt {\alpha _{1}\cdot \Delta t}}$, जहाँ $\alpha _{1}=\lambda _{1}/(\rho c_{p})_{1}$.

इसी तरह, एक विशेषता प्रसार लंबाई $\Delta x_{2}$ सामग्री 2 में है

$\Delta x_{2}\simeq {\sqrt {\alpha _{2}\cdot \Delta t}}$, जहाँ $\alpha _{2}=\lambda _{2}/(\rho c_{p})_{2}$.

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

$\Delta x_{1}(\rho c_{p})_{1}(T_{1}-T_{m})=\Delta x_{2}(\rho c_{p})_{2}(T_{m}-T_{2})$.

$\Delta x_{1}$ और $\Delta x_{2}$ के लिए उपरोक्त भावों का प्रतिस्थापन और उन्मूलन $\Delta t$ संपर्क तापमान के लिए एक अभिव्यक्ति देता है।

$T_{m}=T_{1}+\left(T_{2}-T_{1}\right){\frac {e_{2}}{e_{2}+e_{1}}}={\frac {e_{1}T_{1}+e_{2}T_{2}}{e_{1}+e_{2}}}$

यह अभिव्यक्ति पूर्ण तापीय संपर्क में अर्ध-अनंत समूहों के लिए हर समय मान्य है। परिमित समूहों 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 $e_{1}/(e_{1}+e_{2})$ 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 ऊष्मा

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 तांतुकी, कपड़े और निर्माण सामग्री के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण मात्रिक है। तापमान के स्थान पर, त्वचा ऊष्मा ग्राही ऊष्मा 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।

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।

कभी-कभी दैनिक तापमान वक्र के आयाम (अर्थात् अधिकतम घटाव न्यूनतम सतह तापमान) से ऊष्मीय जड़त्व का एक मोटा सन्निकटन प्राप्त किया जाता है। 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।

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। स्थिर और जमे हुए पानी के ऊष्मीय प्रवाह बहु-स्तरित महासागर की विशाल तापीय जड़ता को कम आंकते हैं।

थर्मोग्राफिक निरीक्षण

Main article: थर्मोग्राफिक निरीक्षण

थर्मोग्राफिक निरीक्षण में विभिन्न प्रकार के गैर-विनाशकारी परीक्षण विधियों को सम्मिलित किया गया है जो स्थानांतरण माध्यम के माध्यम से ऊष्मा 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।

मापन व्याख्या

जब किसी सामग्री को सतह से किसी क्षणिक विधि या उपकरण द्वारा कम परीक्षण समय के साथ मापा जाता है, तो ऊष्मा 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।

ऊष्मीय प्रवाह की सूची

सामग्री	ऊष्मीय प्रभाव ( ${\rm {kJ}}/({\rm {m^{2}K}}{\sqrt {\rm {s}}})$ )	संदर्भ
वायु *	0.006
ऊन	0.07
कॉर्क	0.1
बाल्सा लकड़ी	0.26
कागज़	0.3
चीड़ की लकड़ी	0.36-0.66
प्लास्टरबोर्ड	0.38
मिट्टी	0.5-2.6
कंक्रीट सिंडरब्लॉक	0.59
पीवीसी - पॉलीविनाइल विरंजक	0.6
रेत (सूखा)	0.63
ईंट	1.0-1.6
त्वचा	1.0
स्फटिक - संगलित सिलिका	1.5
पानी *	1.6
कंक्रीट (घना)	2.0
कणाश्‍य	2.0-3.0
बर्फ - ठोस H2O	2.8
सिलिकॉन	14.4
लोहा	15.9
अल्युमीनियम	23.7
ताँबा	36.9

(*) न्यूनतम संवहन

यह भी देखें

• ताप की गुंजाइश
• ऊष्मा समीकरण
• विशिष्ट गर्मी की क्षमता
• ऊष्मीय विसरणशीलता

संदर्भ

बाहरी संबंध

• "Thermal heat transfer". HyperPhysics.