विकिरण द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण कैसे होता है: विस्तृत व्याख्या

गर्मी हस्तांतरण के विभिन्न तरीके हैं जैसे चालन, कंवेक्शन और विकिरण। इस लेख में हम विस्तार से देखेंगे कि विकिरण द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण कैसे होता है।

चालन और संवहन के विपरीत, विकिरण गर्मी हस्तांतरण का एक तरीका है जिसमें गर्मी के स्रोत और गर्म वस्तु के बीच किसी भी भौतिक संपर्क की आवश्यकता नहीं होती है, जैसा कि दोनों के मामले में होता है। थर्मल विकिरण, जिसे अक्सर इन्फ्रारेड विकिरण के रूप में जाना जाता है, में खाली जगह के माध्यम से गर्मी संचारित करने की क्षमता होती है। यह एक प्रकार का विद्युत चुम्बकीय विकिरण है जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है। जब विकिरण होता है, तो कोई द्रव्यमान स्थानांतरित नहीं होता है, और प्रक्रिया को सुविधाजनक बनाने के लिए किसी माध्यम की आवश्यकता नहीं होती है। वहां कई हैं विकिरण गर्मी हस्तांतरण उदाहरण हमारे दैनिक जीवन में जैसे सूरज की रोशनी, कैम्प फायर, कोयला आदि।

विकिरण द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण कैसे होता है

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स्पष्टीकरण:

ऊष्मीय विकिरण किसी पदार्थ में कणों के आंतरिक टकराव से उत्पन्न होता है जब इसका तापमान परम शून्य डिग्री सेल्सियस से अधिक हो जाता है। तापीय विकिरण हमेशा सभी पदार्थों द्वारा उत्सर्जित होता है जिनका तापमान परम शून्य डिग्री सेल्सियस से अधिक होता है। उसी तरह जैसे अन्य सभी विद्युत चुम्बकीय विकिरण करते हैं, थर्मल विकिरण बिना किसी माध्यम की आवश्यकता के अंतरिक्ष में यात्रा कर सकता है, और इसीलिए सूर्य से ऊर्जा पृथ्वी तक पहुंच सकती है।

आवेशित कणों के बीच अंतर-परमाणु टक्करों द्वारा निर्मित विकिरण, जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में उत्सर्जक पिंड से ऊर्जा स्थानांतरित करता है, को थर्मल विकिरण या अवरक्त विकिरण कहा जाता है। ऊर्जा की इन किरणों को अन्य दूर की वस्तुओं द्वारा अवशोषित किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप उस वस्तु के कणों की आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि होती है। इससे उस वस्तु के कण तेजी से यात्रा करते हैं और अधिक बार टकराते हैं, गर्मी के रूप में ऊर्जा छोड़ते हैं और परिणामस्वरूप वस्तु के तापमान में वृद्धि होती है।

तापीय विकिरण, अन्य प्रकार के ऊष्मा संचरण जैसे चालन या संवहन के विपरीत, प्रतिबिंबित दर्पणों को नियोजित करके एक केंद्र बिंदु पर केंद्रित किया जा सकता है, जो कि बिजली उत्पन्न करने के लिए सौर ऊर्जा उत्पादन में किया जाता है।

स्टीफन-बोल्ट्जमैन कॉन्स्टेंट का उपयोग उस दर की गणना करने के लिए किया जा सकता है जिस पर विकिरण द्वारा ऊष्मा ऊर्जा स्थानांतरित की जाती है।

जहाँ, = ऊष्मा का प्रवाह 

= उत्सर्जन 

= स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक 

टी = पूर्ण तापमान

दो निकायों में गर्मी हस्तांतरण की गणना निम्नानुसार की जा सकती है:

विकिरण गर्मी हस्तांतरण के लिए वैज्ञानिक व्याख्या में कहा गया है कि पूर्ण शून्य से ऊपर की सभी चीजें आवेशित कण दोलनों के कारण विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्पन्न करती हैं। इस प्रकार, हमारे ब्रह्मांड में सब कुछ विकिरण उत्सर्जित करता है।


पूछे जाने वाले प्रश्न के

प्र. गर्मी से आप क्या समझते हैं?

उत्तर: सरल शब्दों में गर्मी सिर्फ गर्मी का अहसास है।

अणु और परमाणु सभी सामग्री के निर्माण खंड हैं। ये परमाणु लगातार विभिन्न दिशाओं (अनुवाद, घूर्णन, कंपन) में आगे बढ़ रहे हैं। परमाणुओं और अणुओं की गति के परिणामस्वरूप ऊष्मा या तापीय ऊर्जा उत्पन्न होती है। सभी चीजों में तापीय ऊर्जा पाई जा सकती है। परमाणुओं या अणुओं में जितनी अधिक गति होगी, उतनी ही अधिक ऊष्मा या तापीय ऊर्जा उनके पास होगी।

प्र. तापमान से आप क्या समझते हैं?

उत्तर: एक मात्रा जो गर्माहट और शीतलता की अनुभूतियों का प्रतिनिधित्व करती है।

एक निर्दिष्ट प्रणाली में सभी परमाणुओं और अणुओं के लिए ऊर्जा का औसत मूल्य तापमान द्वारा दर्शाया जाता है। सिस्टम का तापमान सिस्टम में मौजूद पदार्थ की मात्रा से स्वतंत्र होता है। यह समग्र रूप से एक प्रणाली की ऊर्जा के साधन से ज्यादा कुछ नहीं है।

प्र. ऊष्मा का स्थानान्तरण कैसे होता है?

उत्तर: गर्मी को तीन अलग-अलग तंत्रों द्वारा एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित किया जा सकता है: चालन, संवहन और विकिरण। 

सामग्री के उपयोग के माध्यम से पूरा करने के लिए चालन और संवहन दोनों को गर्मी के हस्तांतरण की आवश्यकता होती है। यदि वास्तव में दोनों के बीच तापमान का अंतर है तो एक प्रणाली से दूसरी प्रणाली में ऊष्मा ऊर्जा का संचरण अपरिहार्य है।

विकिरण द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण कैसे होता है

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  • चालन: एक दूसरे के सीधे संपर्क में रहने वाले पदार्थों के बीच ऊष्मा ऊर्जा की गति को चालन कहा जाता है। सामग्री की चालकता बेहतर है, तेज गर्मी का परिवहन किया जाएगा। धातु में उत्कृष्ट ऊष्मा चालन गुण होते हैं। जब किसी पदार्थ को ऊष्मा प्रदान की जाती है, तो कण अधिक ऊर्जा प्राप्त करते हैं और अधिक कंपन करते हैं, जिसे चालन कहा जाता है। ये अणु तब पड़ोसी कणों से टकराते हैं, इस प्रक्रिया में अपनी कुछ ऊर्जा उन्हें स्थानांतरित करते हैं। यह प्रक्रिया तब जारी रहती है, सामग्री के गर्म सिरे से सामग्री के ठंडे सिरे तक ऊर्जा स्थानांतरित होती है।
  • संवहन:  संवहन वह प्रक्रिया है जिसके माध्यम से तापीय ऊर्जा को गर्म से ठंडे वातावरण में ले जाया जाता है। जब किसी तरल या गैस के गर्म हिस्से तरल या गैस के ठंडे क्षेत्र की सतह तक बढ़ते हैं, तो संवहन होता है। उसके बाद, एक ठंडा तरल या गैस उन गर्म क्षेत्रों की जगह ले लेता है जो वायुमंडल में ऊपर चढ़ गए हैं। नतीजतन, एक निरंतर परिसंचरण पैटर्न बनाया जाता है। एक कड़ाही में पानी उबालने से बनने वाली संवहन धाराएँ इसका एक उत्कृष्ट उदाहरण हैं। वातावरण में संवहन भी देखा जा सकता है, जो एक और उल्लेखनीय उदाहरण है। जब पृथ्वी की सतह सूर्य से गर्म होती है, तो गर्म हवा ऊपर उठती है और ठंडी हवा अंदर चली जाती है, जिससे ग्रीनहाउस प्रभाव पैदा होता है।
  • विकिरण: चालन और संवहन के विपरीत, विकिरण गर्मी हस्तांतरण का एक रूप है जिसमें गर्मी के स्रोत और गर्म वस्तु के बीच किसी भी शरीर के संपर्क की आवश्यकता नहीं होती है, जैसा कि दोनों के मामले में होता है। थर्मल विकिरण, जिसे अक्सर इन्फ्रारेड विकिरण के रूप में जाना जाता है, में खाली जगह के माध्यम से गर्मी संचारित करने की क्षमता होती है। यह एक प्रकार का विद्युत चुम्बकीय विकिरण है जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है। जब विकिरण होता है, तो कोई द्रव्यमान स्थानांतरित नहीं होता है, और प्रक्रिया को सुविधाजनक बनाने के लिए किसी माध्यम की आवश्यकता नहीं होती है। उदाहरण के लिए, विकिरण को सूर्य द्वारा उत्सर्जित ऊष्मा या प्रकाश बल्ब के फिलामेंट द्वारा उत्सर्जित ऊष्मा द्वारा दर्शाया जा सकता है। 

Q. गर्मी हस्तांतरण में किस प्रक्रिया को तीव्र प्रक्रिया माना जाता है?

उत्तर: विकिरण गर्मी हस्तांतरण अन्य दो प्रकार के गर्मी हस्तांतरण अर्थात् चालन और संवहन की तुलना में तेज और तीव्र प्रक्रिया है।

हम सभी जानते हैं कि विकिरण ऊष्मा संचरण का सबसे कुशल मार्ग है क्योंकि विकिरण प्रकाश की गति से यात्रा करता है, जो कि अत्यंत तेज है। चालन ऊष्मा परिवहन का सबसे धीमा रूप है क्योंकि यह कण से कण तक होता है और इस प्रकार सबसे अक्षम है।


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