Question

जब दो वस्तुओं को, जिनका तापमान एक दूसरे से अलग हो को संपर्क में लाया जाता है तब उन दो
का तापमान समान क्यों हो जाता है?
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Answer:

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Explanation:

तापान्तर के कारण हो रहे ऊष्मा के स्थानांतरण को उष्मा का संचरण कहते है। जब किसी वस्तु का तापमान उसके परिवेश या अन्य वस्तु की अपेक्षा भिन्न होता है तो ताप ऊर्जा का संचार जिसे ताप का बहाव या ताप का विनिमय भी कहते हैं, इस तरह से होता है कि वह वस्तु और उसका परिवेश ऊष्म-साम्यता ग्रहण कर लेते हैं; इसका मतलब है कि दोनों का तापमान समान हो जाता है। ऊष्मप्रवैगिकी के द्वितीय नियम या क्लॉज़ियस के कथन के अनुसार ऊष्मा का संचार हमेशा अधिक गर्म वस्तु से अधिक ठंडी वस्तु की ओर होता है। जहां कहीं भी पास-पास स्थित वस्तुओं में तापमान की भिन्नता होती है, उनके बीच ऊष्मा के संचार को कभी रोका नहीं जा सकता; इसे केवल कम किया जा सकता है।

संचालन संपादित करें

मुख्य लेख: ऊष्मा चालन

पदार्थ के कणों में सीघे संपर्क से ऊष्मा के संचार को संचालन कहते हैं। ऊर्जा का संचार प्राथमिक रूप से सुनम्य समाघात द्वारा जैसे द्रवों में या परासरण द्वारा जैसा कि धातुओं में होता है या फोनॉन कंपन द्वारा जैसा कि इंसुलेटरों में होता है, हो सकता है। अन्य शब्दों में, जब आसपास के परमाणु एक दूसरे के प्रति कम्पन करते हैं, या इलेक्ट्रान एक परमाणु से दूसरे में जाते हैं तब ऊष्मा का संचार संचालन द्वारा होता है। संचालन ठोस पदार्थों में अधिक होता है, जहां परमाणुओं के बीच अपेक्षाकृत स्थिर स्थानिक संबंधों का जाल कंपन द्वारा उनके बीच ऊर्जा के संचार में मदद करता है।

ऐसी स्थिति में जहां द्रव का प्रवाह बिलकुल भी न हो रहा हो, ताप संचालन, द्रव में कणों के परासरण से सीधे अनुरूप होता है। इस प्रकार का ताप परासरण बर्ताव में ठोसों में होने वाले पिंडीय परासरण से भिन्न होता है, जबकि पिंडीय परासरण अधिकतर द्रवों तक ही सीमित होता है।

धातुएं (उदा. तांबा, प्लेटीनम, सोना, लोहा आदि) सामान्यतः ताप ऊर्जा की सर्वोत्तम संचालक होती हैं। ऐसा धातुओं के रसायनिक रूप से बंधित होने के तरीके के कारण होता है; धात्विक बाँडों में (कोवॉलेंट या आयनिक बाँडों के विपरीत) मुक्त रूप से चलने वाले इलेक्ट्रान होते हैं जो ताप ऊर्जा का तेजी से धातु में संचार कर सकते हैं।

जैसे-जैसे घनत्व घटता है, संचालन भी घटता है। इसलिये, द्रव (और विशेषकर गैसें) कम संचालक होते हैं। ऐसा गैस में परमाणुओं के बीच अधिक दूरी होने से होता है: परमाणुओं के बीच कम टकराव होने का मतलब है, कम संचालन. तापमान के साथ गैसों के बढ़ जाती है की चालकता. गैसों की संचालकता निर्वात से दबाव के बढ़ने के साथ एक महत्वपूर्ण बिंदु तक तब तक बढ़ती है जब तक कि गैस का घनत्व इतना हो जाए कि गैस के अणु एक सतह से दूसरे में ताप का संचार करने के पहले एक दूसरे से टकराने लगें. घनत्व में इस बिंदु के बाद, बढ़ते हुए दबाव और घनत्व के साथ संचालन जरा सा ही बढ़ता है।

इस बात की गणना करने के लिये कि कोई विशेष माध्यम कितनी आसानी से संचालन करता है, इंजीनियर ऊष्म संचालकता का प्रयोग करते हैं, जिसे संचालकता कॉन्स्टैंट या संचालन गुणक (कोएफीशियेंट), k भी कहते हैं। ऊष्म संचालकता में k की परिभाषा है – ‘तापमान में भिन्नता (ΔT) [...] के कारण (t) समय में किसी स्थान (A) की सतह से सामान्य दिशा में किसी मोटाई (L) में से संचरित ताप की मात्रा, Q’. ऊष्म संचालकता एक पदार्थीय गुण है जो प्राथमिक तौर पर माध्यम की अवस्था, तापमान, घनत्व और आण्विक बाँडिंग पर निर्भर होता है।

ताप नली एक निष्क्रिय उपकरण है जिसका निर्माण इस तरह से किया जाता है कि जिससे ऐसा प्रतीत होता है कि उसमें अत्यंत उच्च ऊष्म संचालकता है।

स्थिर-अवस्था का संचालन बनाम अस्थिर संचालन

स्थिर अवस्था का संचालनः यह संचालन का वह प्रकार है जो तब होता है जब संचालन करने वाले तापमान की भिन्नता स्थिर रहती है जिससे समतुल्य समय के बाद संचालक वस्तु में स्थानिक तापमानों का वितरण (तापमान का क्षेत्र) और परिवर्तित नहीं होता. उदा. कोई छड़ एक सिरे पर ठंडी और दूसरी ओर गर्म हो सकती है, लेकिन छड़ पर से गुजरने वाला तापमान की प्रवणता समय के साथ नहीं बदलती. छड़ के किसी दिये हुए भाग का तापमान स्थिर रहता है और यह तापमान ऊष्मा के संचार की दिशा के अनुरेख में परिवर्तित होता है।

स्थिर अवस्था के संचालन में एक भाग में प्रवेश कर रहा ताप उससे बाहर निकल रहे ताप के बराबर होता है। स्थिर अवस्था के संचालन में सीधे प्रवाह के विद्युत संचालन के सभी नियम ‘उष्मा के प्रवाह’ पर लागू होते हैं। ऐसे मामलों में ‘ऊष्म प्रतिकूलताओं’ को विद्युत प्रतिकूलताओं के समान माना जा सकता है। तापमान वोल्टेज की भूमिका निभाता है और संचारित ताप विद्युत प्रवाह का समधर्मी है।

अस्थिर संचालन अस्थिर अवस्था में तापमान अधिक तीव्रता से गिरता या बढ़ता है जैसे जब कोई गर्म तांबे की गेंद कम तापमान वाले तेल में गिरा दी जाती है। यहां पर वस्तु के भीतर का तापमान क्षेत्र समय के अनुसार परिवर्तित होता है और वस्तु के भीतर के, समय के अनुसार इस स्थानिक तापमान परिवर्तन का विश्लेषण करना रूचिकर होता है। इस प्रकार के ताप संचालन को अस्थिर संचालन कहा जा सकता है। इन प्रणालियों का विश्लेषण अधिक जटिल होता है और (सरल आकारों को छोड़ कर) इसके लिये उपगमन सिद्धांतों के प्रयोग और/या कम्प्यूटर द्वारा सांख्यिक विश्लेषण की जरूरत पड़ती है। एक लोकप्रिय ग्राफिक विधि में हीस्लर चार्टों का प्रयोग किया जाता है।

सामूहिक प्रणाली विश्लेषण

जब कभी भी किसी वस्तु का भीतरी ताप संचालन उसकी परिसीमा के ताप संचालन से काफी तेजी से होता है तो सामूहिक प्रणाली विश्लेषण द्वारा अस्थिर संचालन का अंदाजा लगाया जा सकता है। यह उपगमन विधि अस्थिर संचालन प्रणाली (वस्तु के भीतर की) के एक पहलू को उचित रूप से घटा देती है (अर्थात्, यह मान लिया जाता है कि वस्तु के भीतर का