संवहन: विशेषताएँ, उदाहरण, अनुप्रयोग - शारीरिक - 2025

संवहन तीन प्रक्रियाओं है कि गर्मी एक क्षेत्र से दूसरे गरम कूलर के लिए स्थानांतरित कर रहा है में से एक है। यह एक तरल पदार्थ के द्रव्यमान की गति के कारण होता है, जो एक तरल या गैस हो सकता है। किसी भी मामले में, इस तंत्र को जगह लेने के लिए एक भौतिक माध्यम की आवश्यकता होती है।

प्रश्न में तरल पदार्थ की गति जितनी तेज होती है, उतनी ही तेजी से विभिन्न तापमान वाले क्षेत्रों के बीच थर्मल ऊर्जा का स्थानांतरण होता है। वायुमंडलीय वायु द्रव्यमान के साथ यह लगातार होता है: उछाल सुनिश्चित करता है कि गर्म और कम घने वाले बढ़ते हैं जबकि ठंडा और सघन वाले नीचे उतरते हैं।

चित्रा 1. गर्म हवा (लाल तीर) और कम घने उगने और इससे बचने के बाद, दरवाजा खोलकर एक कमरे को ठंडा किया जाता है। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स Genieclimatique / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0.0)

इसका एक उदाहरण छवि में बंद कमरा है, जिसे दरवाजों या खिड़कियों के खुलते ही तुरंत ताज़ा कर दिया जाता है, क्योंकि अंदर से गर्म हवा दरार से भी बच जाती है, जिससे बाहर से ताज़ी हवा आती है और अधिक बनी रहती है नीचे।

संवहन के प्रकार

प्राकृतिक और मजबूर संवहन

चित्रा 2. मजबूर संवहन और प्राकृतिक संवहन के उदाहरण। स्रोत: सेंगेल, वाई थर्मोडायनामिक्स।

संवहन स्वाभाविक या मजबूर हो सकता है। पहले मामले में, तरल पदार्थ अपने आप चलता है, जैसे कि कमरे का दरवाजा खोलते समय, जबकि दूसरे में यह एक प्रशंसक या पंप द्वारा मजबूर किया जाता है, उदाहरण के लिए।

प्रसार और संवहन

इसके भी दो रूप हो सकते हैं: प्रसार और संवहन। प्रसार में, द्रव के अणु कम या ज्यादा अनियमित रूप से चलते हैं और ऊष्मा का संचरण धीमा होता है।

इसके विपरीत, उत्थान तरल द्रव्यमान की एक अच्छी मात्रा को स्थानांतरित करता है, जिसे उदाहरण के लिए, एक प्रशंसक के साथ संवहन मजबूर करके प्राप्त किया जा सकता है। लेकिन उत्तोलन का लाभ यह है कि यह प्रसार की तुलना में बहुत तेज है।

¿

संवहन गर्मी हस्तांतरण का एक सरल गणितीय मॉडल न्यूटन के शीतलन का नियम है। ठंडी हवा से घिरे क्षेत्र ए की गर्म सतह पर विचार करें, जैसे कि तापमान में अंतर छोटा है।

हमें गर्मी हस्तांतरित क्यू और समय टी कहते हैं। जिस दर पर गर्मी स्थानांतरित की जाती है वह समय के संबंध में फ़ंक्शन क्यू (टी) से dQ / dt या व्युत्पन्न होती है।

चूँकि ऊष्मा ऊष्मीय ऊर्जा है, अत: अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में इसकी इकाइयाँ जूल (J) हैं, इसलिए स्थानांतरण दर जूल / सेकंड में आती हैं, जो वाट्स या वाट्स (W) हैं।

यह दर सीधे गर्म वस्तु और माध्यम के बीच के तापमान के अंतर के समानुपाती होती है, जिसे andT के रूप में निरूपित किया जाता है और वस्तु के सतह क्षेत्र A को भी:

आनुपातिकता के निरंतरता को एच कहा जाता है, जो संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण का गुणांक है और प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाता है। इंटरनेशनल सिस्टम (SI) में इसकी इकाइयाँ W / m ^{2 हैं} । K, लेकिन इसे डिग्री सेल्सियस या सेंटीग्रेड के संदर्भ में पाया जाना आम है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि यह गुणांक एक द्रव गुण नहीं है, क्योंकि यह कई चर पर निर्भर करता है, जैसे कि सतह की ज्यामिति, द्रव की गति और अन्य विशेषताएं।

उपरोक्त सभी को मिलाकर, गणितीय रूप से न्यूटन के शीतलन के नियम इस रूप को लेते हैं:

शीतलन के न्यूटन के नियम का अनुप्रयोग

एक व्यक्ति 20 ° C के एक कमरे के बीच में खड़ा है, जिसके माध्यम से थोड़ी सी हवा चलती है। ऊष्मा की वह दर क्या है जो व्यक्ति संवहन द्वारा पर्यावरण तक पहुंचाता है? मान लें कि उजागर सतह क्षेत्र 1.6 मीटर ^{2 है} और त्वचा की सतह का तापमान 29 theC है।

तथ्य: इस मामले में संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक 6 डब्ल्यू / एम ^{2 है} । ºC

उपाय

हवा के तेज चलने पर व्यक्ति अपने आसपास की हवा में ऊष्मा का संचार कर सकता है। स्थानांतरण दर dQ / dt खोजने के लिए, बस न्यूटन के समीकरण को ठंडा करने के लिए मानों को प्लग करें:

dQ / dt = 6 W / m ² । ºC x 1.6 m ² x (29 20C - 20 ° C) = 86.4 W

संवहन के उदाहरण हैं

एक कैम्प फायर पर अपने हाथों को गर्म करें

अपने हाथों को कैंप फायर या गर्म टोस्टर के करीब लाकर गर्म करना आम बात है, क्योंकि गर्मी स्रोत के चारों ओर की हवा गर्म हो जाती है और फैल जाती है, क्योंकि यह कम घनी होती है। जैसा कि यह घूमता है, यह गर्म हवा लिफाफे और आपके हाथों को गर्म करती है।

चित्रा 3. अपने हाथों को गर्म करने का एक तरीका आग द्वारा हवा में बनाई गई संवहन धारा के माध्यम से है। स्रोत: Pxfuel

तट पर हवा का प्रवाह

तट पर, समुद्र भूमि की तुलना में ठंडा है, इसलिए भूमि के ऊपर की हवा गर्म हो जाती है और ऊपर उठती है, जबकि ठंडी हवा आती है और आरोही होने पर अन्य द्वारा छोड़ी गई जगह में बस जाती है।

इसे संवहन कोशिका कहा जाता है और यही कारण है कि समुद्र से बाहर निकलते समय ठंडक महसूस होती है और गर्म दिन आपके चेहरे के खिलाफ हवा बहती है। रात में विपरीत होता है, ठंडी हवा जमीन से आती है।

जल चक्र

प्राकृतिक संवहन समुद्री जल की वायु में होता है, जल विज्ञान चक्र के माध्यम से, जिसमें पानी गर्म होता है और सौर विकिरण के लिए वाष्पित हो जाता है। जल वाष्प इस प्रकार बनता है, बादलों में उगता है, ठंडा होता है और संघनित होता है, जिसके द्रव्यमान संवहन द्वारा बढ़ते और बढ़ते हैं।

जैसे-जैसे पानी की बूंदों का आकार बढ़ता है, एक समय आता है जब पानी बारिश, ठोस या तरल के रूप में गिरता है, जो तापमान पर निर्भर करता है।

एक कंटेनर में पानी उबालें

जब पानी केतली या सॉस पैन में रखा जाता है, तो नीचे की परतों को सबसे पहले गर्म किया जाता है, क्योंकि बर्नर से लौ या गर्मी सबसे करीब होती है। फिर पानी फैलता है और इसका घनत्व कम हो जाता है, इसलिए यह बढ़ जाता है और ठंडे पानी कंटेनर के निचले भाग में अपनी जगह ले लेता है।

चित्रा 4. संवहन द्वारा पानी का ताप। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स उपयोगकर्ता: ओनी लुकोस / सीसी बाय-एसए (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)।

इस तरह से सभी परतें तेजी से फैलती हैं और पानी का पूरा शरीर गर्म हो जाता है। यह प्रशंसा का एक अच्छा उदाहरण है।

पवन पीढ़ी

हवा के द्रव्यमान में संवहन, पृथ्वी की घूर्णी गति के साथ, ठंडी हवा चलने के रूप में, हवा पैदा करता है और गर्म हवा के नीचे घूमता है, जो संवहन धाराओं नामक विभिन्न धाराओं का निर्माण करता है।

समुद्री धाराएँ

वायु में वायु कैसे करती है, जल इसी तरह से व्यवहार करता है। गर्म पानी लगभग हमेशा सतह के पास होता है, जबकि ठंडा पानी अधिक गहरा होता है।

डायनमो प्रभाव

यह ग्रह के अंदर पिघले हुए कोर में होता है, जहां यह पृथ्वी के घूर्णी आंदोलन के साथ मिलकर विद्युत धाराएं बनाता है जो पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र को जन्म देता है।

तारों के अंदर ऊर्जा का संचरण

सूर्य जैसे तारे गैस के विशाल क्षेत्र हैं। संवहन एक कुशल ऊर्जा परिवहन तंत्र है, क्योंकि गैसीय अणुओं को तारों के आंतरिक क्षेत्रों के बीच स्थानांतरित करने की पर्याप्त स्वतंत्रता है।

संवहन के अनुप्रयोग

एयर कंडिशनर

एयर कंडीशनर को कमरों की छत के पास रखा जाता है, ताकि ठंडी हवा, जो सघन हो, उतरती है और जल्दी से फर्श के करीब पहुंचती है।

ताप विनियामक

यह एक उपकरण है जो एक तरल पदार्थ से दूसरे में गर्मी के संचरण की अनुमति देता है और उदाहरण के लिए, एयर कंडीशनर और ऑटोमोबाइल इंजन के शीतलन तंत्र के संचालन का सिद्धांत है।

इमारतों में थर्मल इंसुलेटर

वे इन्सुलेट सामग्री की चादरों को जोड़कर और अंदर हवाई बुलबुले जोड़कर बनाए जाते हैं।

जल शीतलक मीनार

कूलिंग टॉवर भी कहा जाता है, वे जमीन या पानी के बजाय परमाणु ऊर्जा संयंत्रों, तेल रिफाइनरियों और अन्य विभिन्न औद्योगिक सुविधाओं द्वारा उत्पादित गर्मी को हवा में उड़ाने का काम करते हैं।

संदर्भ

1. जिआम्बट्टिस्ता, ए। 2010. भौतिकी। 2। एड। मैकग्रा हिल।
2. गोमेज़, ई। चालन, संवहन और विकिरण। से पुनर्प्राप्त: eltamiz.com।
3. Natahenao। गर्मी अनुप्रयोगों। से पुनर्प्राप्त: natahenao.wordpress.com।
4. सेरवे, आर। फिजिक्स फॉर साइंस एंड इंजीनियरिंग। मात्रा 1. 7 वाँ। एड। सेंगेज लर्निंग।
5. विकिपीडिया। संवहन। से पुनर्प्राप्त: en.wikipedia.org।
6. विकिपीडिया। संवहन थर्मिक। से पुनर्प्राप्त: fr.wikipedia.org।