পদার্থবিদ্যায় তাপ পরিবাহিতা কী?

2024 লেখক: Angel Austin | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2023-12-17 05:18

তাপ পরিবাহিতার ঘটনাটি হল কোন পদার্থের বিনিময় বা এর বিনিময় ছাড়াই দুটি দেহের সরাসরি সংস্পর্শে তাপের আকারে শক্তির স্থানান্তর। এই ক্ষেত্রে, শক্তি উচ্চ তাপমাত্রার শরীরের একটি শরীর বা এলাকা থেকে কম তাপমাত্রার শরীর বা এলাকায় চলে যায়। শারীরিক বৈশিষ্ট্য যা তাপ স্থানান্তরের পরামিতি নির্ধারণ করে তা হল তাপ পরিবাহিতা। তাপ পরিবাহিতা কি, এবং কিভাবে এটি পদার্থবিদ্যা বর্ণনা করা হয়? এই নিবন্ধটি এই প্রশ্নের উত্তর দেবে৷

তাপ পরিবাহিতা এবং এর প্রকৃতির সাধারণ ধারণা

যদি আপনি পদার্থবিজ্ঞানে তাপ পরিবাহিতা কী এই প্রশ্নের সহজ ভাষায় উত্তর দেন, তবে বলা উচিত যে দুটি দেহের মধ্যে বা একই শরীরের বিভিন্ন অঞ্চলের মধ্যে তাপ স্থানান্তর হল কণাগুলির মধ্যে অভ্যন্তরীণ শক্তি বিনিময়ের একটি প্রক্রিয়া যা শরীর তৈরি করে (অণু, পরমাণু, ইলেকট্রন এবং আয়ন)। অভ্যন্তরীণ শক্তি নিজেই দুটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ নিয়ে গঠিত: গতিশক্তি এবং সম্ভাব্য শক্তি।

এই প্রকৃতির দৃষ্টিকোণ থেকে পদার্থবিজ্ঞানে তাপ পরিবাহিতা কী?মান? একটি মাইক্রোস্কোপিক স্তরে, তাপ সঞ্চালনের জন্য উপকরণগুলির ক্ষমতা তাদের মাইক্রোস্ট্রাকচারের উপর নির্ভর করে। উদাহরণস্বরূপ, তরল এবং গ্যাসের জন্য, এই ভৌত প্রক্রিয়াটি অণুর মধ্যে বিশৃঙ্খল সংঘর্ষের কারণে ঘটে; কঠিন পদার্থে, স্থানান্তরিত তাপের প্রধান অংশটি মুক্ত ইলেক্ট্রন (ধাতব সিস্টেমে) বা ফোনন (অ ধাতব পদার্থের মধ্যে) শক্তির বিনিময়ে পড়ে।), যা স্ফটিক জালির যান্ত্রিক কম্পন।

তাপ পরিবাহিতার গাণিতিক উপস্থাপনা

আসুন গাণিতিক দৃষ্টিকোণ থেকে তাপ পরিবাহিতা কী সেই প্রশ্নের উত্তর দেওয়া যাক। যদি আমরা একটি সমজাতীয় দেহ গ্রহণ করি, তবে একটি প্রদত্ত দিক দিয়ে এটির মাধ্যমে স্থানান্তরিত তাপের পরিমাণ তাপ স্থানান্তরের দিক, উপাদানটির নিজেই তাপ পরিবাহিতা এবং তাপমাত্রার পার্থক্যের সাথে লম্ব পৃষ্ঠের অংশের সমানুপাতিক হবে। শরীর, এবং শরীরের পুরুত্বের বিপরীতভাবে সমানুপাতিক হবে৷

ফলাফল হল সূত্র: Q/t=kA(T₂-T₁)/x, এখানে Q/t - তাপ (শক্তি) শরীরের মাধ্যমে স্থানান্তরিত সময় t, k - উপাদানের তাপ পরিবাহিতার সহগ যা থেকে বিবেচিত শরীর তৈরি করা হয়, A - শরীরের ক্রস-বিভাগীয় এলাকা, T₂ -T ₁ - শরীরের প্রান্তে তাপমাত্রার পার্থক্য, T₂>T_{1, x - শরীরের পুরুত্ব যার মাধ্যমে তাপ Q স্থানান্তরিত হয়।}

তাপ শক্তি স্থানান্তরের পদ্ধতি

পদার্থের তাপ পরিবাহিতা কী সেই প্রশ্নটি বিবেচনা করে, আমাদের তাপ স্থানান্তরের সম্ভাব্য পদ্ধতিগুলি উল্লেখ করা উচিত। তাপ শক্তি ব্যবহার করে বিভিন্ন সংস্থার মধ্যে স্থানান্তর করা যেতে পারেনিম্নলিখিত প্রক্রিয়া:

পরিবাহিতা - এই প্রক্রিয়াটি কোন বস্তু স্থানান্তর ছাড়াই চলে;
পরিচলন - তাপ স্থানান্তর সরাসরি পদার্থের গতিবিধির সাথে সম্পর্কিত;
বিকিরণ - ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণের কারণে তাপ স্থানান্তর করা হয়, অর্থাৎ ফোটনের সাহায্যে।

পরিবাহী বা পরিচলন প্রক্রিয়া ব্যবহার করে তাপ স্থানান্তরিত করার জন্য, বিভিন্ন সংস্থার মধ্যে সরাসরি যোগাযোগ প্রয়োজন, এই পার্থক্যের সাথে যে সঞ্চালনের প্রক্রিয়ায় পদার্থের কোনও ম্যাক্রোস্কোপিক গতিবিধি নেই, তবে প্রক্রিয়ায় সংবহন এই আন্দোলন বর্তমান. মনে রাখবেন যে সমস্ত তাপ স্থানান্তর প্রক্রিয়ায় মাইক্রোস্কোপিক গতি সঞ্চালিত হয়৷

কয়েক দশ ডিগ্রী সেলসিয়াসের স্বাভাবিক তাপমাত্রার জন্য, এটা বলা যেতে পারে যে পরিচলন এবং পরিবাহী তাপ স্থানান্তরের জন্য দায়ী, এবং বিকিরণ প্রক্রিয়ায় স্থানান্তরিত শক্তির পরিমাণ নগণ্য। যাইহোক, কয়েক শত এবং হাজার হাজার কেলভিনের তাপমাত্রায় তাপ স্থানান্তর প্রক্রিয়ায় বিকিরণ একটি প্রধান ভূমিকা পালন করতে শুরু করে, যেহেতু এইভাবে স্থানান্তরিত শক্তি Q এর পরিমাণ পরম তাপমাত্রার 4র্থ শক্তির অনুপাতে বৃদ্ধি পায়, অর্থাৎ ∼ T ⁴. উদাহরণস্বরূপ, আমাদের সূর্য তার বেশিরভাগ শক্তি বিকিরণের মাধ্যমে হারায়।

কঠিন পদার্থের তাপ পরিবাহিতা

যেহেতু কঠিন পদার্থে প্রতিটি অণু বা পরমাণু একটি নির্দিষ্ট অবস্থানে থাকে এবং এটি ছেড়ে যেতে পারে না, তাই পরিচলনের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তর করা অসম্ভব এবং একমাত্র সম্ভাব্য প্রক্রিয়া হলপরিবাহিতা শরীরের তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে, এর উপাদান কণাগুলির গতিশক্তি বৃদ্ধি পায় এবং প্রতিটি অণু বা পরমাণু আরও তীব্রভাবে দোলাতে শুরু করে। এই প্রক্রিয়াটি প্রতিবেশী অণু বা পরমাণুর সাথে তাদের সংঘর্ষের দিকে নিয়ে যায়, এই ধরনের সংঘর্ষের ফলে গতিশক্তি কণা থেকে কণাতে স্থানান্তরিত হয় যতক্ষণ না শরীরের সমস্ত কণা এই প্রক্রিয়া দ্বারা আবৃত হয়।

বর্ণিত মাইক্রোস্কোপিক মেকানিজমের ফলস্বরূপ, যখন একটি ধাতব রডের এক প্রান্ত উত্তপ্ত হয়, কিছুক্ষণ পরে তাপমাত্রা পুরো রডের উপর সমান হয়ে যায়।

বিভিন্ন কঠিন পদার্থে তাপ সমানভাবে স্থানান্তরিত হয় না। সুতরাং, ভাল তাপ পরিবাহিতা আছে যে উপকরণ আছে. তারা সহজেই এবং দ্রুত নিজেদের মাধ্যমে তাপ পরিচালনা করে। কিন্তু এমনও দুর্বল তাপ পরিবাহী বা নিরোধক রয়েছে যার মধ্য দিয়ে সামান্য বা কোনো তাপ যেতে পারে না।

কঠিন পদার্থের জন্য তাপ পরিবাহিতার সহগ

কঠিন k-এর জন্য তাপ পরিবাহিতা গুণাঙ্কের নিম্নলিখিত শারীরিক অর্থ রয়েছে: এটি তাপমাত্রার পার্থক্যের সাথে একক বেধ এবং অসীম দৈর্ঘ্য এবং প্রস্থের যে কোনও অংশে একক পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফলের মধ্য দিয়ে প্রতি একক সময় অতিক্রম করে তাপের পরিমাণ নির্দেশ করে। এর শেষ এক ডিগ্রির সমান। SI ইউনিটের আন্তর্জাতিক পদ্ধতিতে, k সহগকে J/(smK) তে পরিমাপ করা হয়।

কঠিন পদার্থের এই সহগ তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে, তাই তাপ সঞ্চালনের ক্ষমতা তুলনা করার জন্য এটি 300 K তাপমাত্রায় নির্ধারণ করা প্রথাগত।বিভিন্ন উপকরণ।

ধাতু এবং অ ধাতব কঠিন পদার্থের জন্য তাপ পরিবাহিতা সহগ

ব্যতিক্রম ছাড়া সকল ধাতুই উত্তাপের উত্তম পরিবাহী, যার স্থানান্তরের জন্য তারা ইলেকট্রন গ্যাসের জন্য দায়ী। পরিবর্তে, আয়নিক এবং সমযোজী পদার্থ, সেইসাথে একটি তন্তুযুক্ত কাঠামো সহ উপকরণগুলি ভাল তাপ নিরোধক, অর্থাৎ, তারা খারাপভাবে তাপ পরিচালনা করে। তাপ পরিবাহিতা কী সেই প্রশ্নের প্রকাশ সম্পূর্ণ করার জন্য, এটি উল্লেখ করা উচিত যে এই প্রক্রিয়াটির জন্য পদার্থের বাধ্যতামূলক উপস্থিতি প্রয়োজন যদি এটি পরিচলন বা পরিবাহনের কারণে সঞ্চালিত হয়, তাই, একটি শূন্যে, তাপ শুধুমাত্র কারণে স্থানান্তরিত হতে পারে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক রেডিয়েশন।

নিচের তালিকা J/(smK) এ কিছু ধাতু এবং অধাতুর জন্য তাপ পরিবাহিতা সহগগুলির মান দেখায়:

ইস্পাত - 47-58 ইস্পাত গ্রেডের উপর নির্ভর করে;
অ্যালুমিনিয়াম - 209, 3;
ব্রোঞ্জ - 116-186;
জিঙ্ক - 106-140 বিশুদ্ধতার উপর নির্ভর করে;
তামা - 372, 1-385, 2;
পিতল - 81-116;
সোনা - 308, 2;
রৌপ্য - 406, 1-418, 7;
রাবার - 0, 04-0, 30;
ফাইবারগ্লাস - ০.০৩-০.০৭;
ইট - 0, 80;
গাছ - 0, 13;
গ্লাস - 0, 6-1, 0.

এইভাবে, ধাতুগুলির তাপ পরিবাহিতা 2-3 ক্রম মাত্রার ইনসুলেটরগুলির তাপ পরিবাহিতা মানগুলির চেয়ে বেশি, যা নিম্ন তাপ পরিবাহিতা কী এই প্রশ্নের উত্তরের একটি প্রধান উদাহরণ।

অনেকের ক্ষেত্রে তাপ পরিবাহিতার মান গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করেশিল্প প্রক্রিয়ায়. কিছু প্রক্রিয়ায়, তারা ভাল তাপ পরিবাহী ব্যবহার করে এবং যোগাযোগের ক্ষেত্র বাড়িয়ে এটিকে বৃদ্ধি করতে চায়, অন্যগুলিতে তারা যোগাযোগের এলাকা হ্রাস করে এবং তাপ-অন্তরক উপকরণ ব্যবহার করে তাপ পরিবাহিতা হ্রাস করার চেষ্টা করে।

তরল এবং গ্যাসে পরিচলন

তরলে তাপ স্থানান্তর পরিচলন প্রক্রিয়া দ্বারা সঞ্চালিত হয়। এই প্রক্রিয়াটি বিভিন্ন তাপমাত্রা সহ অঞ্চলগুলির মধ্যে একটি পদার্থের অণুগুলির চলাচল জড়িত, অর্থাৎ, পরিচলনের সময়, একটি তরল বা গ্যাস মিশ্রিত হয়। যখন তরল পদার্থ তাপ ছেড়ে দেয়, তখন এর অণুগুলি তাদের কিছু গতিশক্তি হারায় এবং পদার্থটি ঘন হয়ে যায়। বিপরীতে, যখন তরল পদার্থ উত্তপ্ত হয়, তখন এর অণুগুলি তাদের গতিশক্তি বাড়ায়, তাদের চলাচল আরও তীব্র হয়, যথাক্রমে, পদার্থের আয়তন বৃদ্ধি পায় এবং ঘনত্ব হ্রাস পায়। এই কারণেই পদার্থের ঠান্ডা স্তরগুলি অভিকর্ষের প্রভাবে নীচে পড়ে যায় এবং গরম স্তরগুলি উপরে উঠতে চেষ্টা করে। এই প্রক্রিয়ার ফলে পদার্থের মিশ্রণ ঘটে, এর স্তরগুলির মধ্যে তাপ স্থানান্তরকে সহজ করে।

কিছু তরলের তাপ পরিবাহিতা

যদি আপনি পানির তাপ পরিবাহিতা কী এই প্রশ্নের উত্তর দেন, তাহলে বোঝা উচিত যে এটি পরিচলন প্রক্রিয়ার কারণে হয়েছে। এর জন্য তাপ পরিবাহিতা সহগ হল 0.58 J/(smK)।

অন্যান্য তরলের জন্য, এই মানটি নীচে তালিকাভুক্ত করা হয়েছে:

ইথাইল অ্যালকোহল - 0.17;
এসিটোন - 0, 16;
গ্লিসারল - ০, ২৮.

অর্থাৎ, মানতরলগুলির জন্য তাপ পরিবাহিতা কঠিন তাপ নিরোধকগুলির সাথে তুলনীয়৷

বায়ুমন্ডলে পরিচলন

বায়ুমণ্ডলীয় পরিচলন গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটি বাতাস, ঘূর্ণিঝড়, মেঘের গঠন, বৃষ্টি এবং অন্যান্য ঘটনা ঘটায়। এই সমস্ত প্রক্রিয়া তাপগতিবিদ্যার ভৌত নিয়ম মেনে চলে।

বায়ুমন্ডলে পরিচলন প্রক্রিয়ার মধ্যে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ হল জলচক্র। এখানে আমাদের তাপ পরিবাহিতা এবং জলের তাপ ক্ষমতা কী সেই প্রশ্নগুলি বিবেচনা করা উচিত। পানির তাপ ক্ষমতাকে একটি ভৌত পরিমাণ হিসেবে বোঝানো হয় যা দেখায় যে 1 কেজি পানিতে কত তাপ স্থানান্তর করতে হবে যাতে এর তাপমাত্রা এক ডিগ্রি বৃদ্ধি পায়। এটি 4220 J.

এর সমান

জলচক্রটি নিম্নরূপ বাহিত হয়: সূর্য মহাসাগরের জলকে উত্তপ্ত করে এবং জলের কিছু অংশ বায়ুমণ্ডলে বাষ্পীভূত হয়। পরিচলন প্রক্রিয়ার কারণে, জলীয় বাষ্প অনেক উচ্চতায় উঠে যায়, শীতল হয়, মেঘ এবং মেঘ তৈরি হয়, যা শিলাবৃষ্টি বা বৃষ্টির আকারে বৃষ্টিপাতের দিকে পরিচালিত করে।