संवहन: यह क्या है और यह कैसे काम करता है?

ऊष्मा, सबसे बुनियादी स्तर पर, परमाणुओं और अणुओं की गतिज ऊर्जा है। संवहन आपके घर के ताप से लेकर सूर्य के भीतर गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया तक सब कुछ प्रभावित करता है।

तापमान और घनत्व के बीच संबंध

जैसे ही ठोस, द्रव या गैस को गर्म किया जाता है, इसमें शामिल परमाणु या अणु अधिक से अधिक कंपन करते हैं; इन बढ़े हुए कंपनों को प्रत्येक परमाणु/अणु के लिए अधिक आयतन की आवश्यकता होती है।

एक गैस में, इसे "कंपन" के रूप में नहीं बल्कि कणों के लिए बढ़े हुए वेग के रूप में व्यक्त किया जाता है, और इसलिए गैस के कंटेनर पर दबाव बढ़ जाता है। इस कारण से, अधिकांश सामग्री विस्तार जैसे ही उन्हें गर्म किया जाता है। यह गैसों में सबसे अधिक मात्रा में होता है, लेकिन कुछ हद तक तरल और ठोस पदार्थों में भी होता है।

जब कोई चीज फैलती है, तो वह कम घनी हो जाती है; पहले की तुलना में कम कण हैं, और इसलिए प्रति इकाई आयतन में कम द्रव्यमान है। लेकिन तरल पदार्थ और गैसों (तरल पदार्थ) में, कम घनत्व वाला क्षेत्र गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव के कारण उच्च घनत्व वाले क्षेत्रों से ऊपर उठेगा और तैरने लगेगा। ये दो अवधारणाएं, कि गर्मी घनत्व में कमी का कारण बनती है और घनत्व के अनुसार तरल पदार्थ बढ़ते और गिरते हैं, बनाने के लिए गठबंधन करते हैं

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गर्मी हस्तांतरण घटना संवहन का।

संवहन की परिभाषा

संवहन तापीय ऊर्जा हस्तांतरण की एक विधि है जहां द्रव गति के माध्यम से गर्मी का हस्तांतरण होता है। यह द्रव गति द्रव के गर्म क्षेत्रों और ठंडे क्षेत्रों के बीच घनत्व में अंतर के कारण होती है। इन गतियों को कहा जाता है संवहन प्रवाह, और द्रव की संवहन गति तब तक जारी रहती है जब तक कि क्षेत्रों के बीच तापमान का अंतर रहता है।

यह तापमान अंतर विशेष रूप से तब होता है जब द्रव के एक तरफ गर्मी का स्रोत होता है, जैसे कि कमरे के फर्श के पास हीटर। नीचे की गर्म हवा लगातार ऊपर की ओर बढ़ती है, जबकि ठंडी हवा गर्म होने के लिए नीचे की ओर चलती है और बाद में ऊपर की ओर भी चलती है। हवा की गति वृत्ताकार धाराओं का कारण बनती है जो तब तक जारी रहेगी जब तक हवा एक संतुलन तापमान तक नहीं पहुंच जाती; कमरे के तापमान पर एक गिलास पानी में आमतौर पर संवहन धाराएँ नहीं होंगी, जबकि एक गिलास पानी में बर्फ के साथ संवहन धाराएँ होंगी।

संवहन को अक्सर दो भौतिक प्रक्रियाओं के संयोजन के रूप में वर्णित किया जाता है: संवहन और प्रसार। संवहन थोक गति द्वारा पदार्थ का परिवहन है, जैसे नदी के प्रवाह द्वारा नदी के किनारे की गाद की गति। प्रसार उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से कम सांद्रता वाले क्षेत्र में कण गति द्वारा पदार्थ का परिवहन है, जैसे कि एक गिलास पानी के माध्यम से डाई कणों की गति।

चूंकि संवहन गर्म पदार्थ को ऊपर ले जाता है और ठंडा पदार्थ नीचे ले जाता है, यह पदार्थ को थोक (संवहन) और एक कण तरीके (प्रसार) में ले जाकर ऐसा करता है।

संवहन, परिभाषा के अनुसार, ठोस पदार्थों में द्रव प्रवाह बनाने में असमर्थता के कारण ठोस पदार्थों में नहीं हो सकता है (कण एक दूसरे के सापेक्ष गति नहीं कर सकते हैं, लेकिन केवल जगह में कंपन कर सकते हैं)। ठोस पदार्थों में ऊष्मा का स्थानांतरण चालन द्वारा होता है, या एक ठोस क्रिस्टल में एक परमाणु या अणु से अपने पड़ोसियों को कंपन ऊर्जा का स्थानांतरण होता है। नरम ठोस पदार्थों में इसके कुछ अपवाद हैं जहां कण एक दूसरे से आगे बढ़ सकते हैं।

अपने घर को गर्म करना और ठंडा करना

संवहन को ध्यान में रखकर आप अपने घर को अधिक कुशलता से गर्म या ठंडा कर सकते हैं। चूंकि गर्म हवा ऊपर उठती है, और ठंडी हवा डूबती है, यह हीटर को फर्श के करीब और एयर कंडीशनर को ऊपर रखने में मदद करता है।

छत पंखे आमतौर पर दोनों दिशाओं में काम कर सकते हैं: या तो ऊपर से हवा को नीचे उड़ाते हैं, या नीचे से हवा को उड़ाते हैं। हवा का बहाव आमतौर पर गर्मियों में सहायक होता है इसलिए आपको लगता है कि संवहनी हवा आपकी त्वचा को ठंडा कर रही है; सर्दियों में हवा को ऊपर खींचना मददगार होता है क्योंकि यह ऊपर की गर्म हवा को सीधे आप पर उड़ाए बिना दीवारों की ओर नीचे और बाहर धकेलने में मदद करता है।

एक बर्फ़ीली झील

जैसे ही पानी ठंडा होता है, यह सिकुड़ता है और अन्य पदार्थों की तरह अधिक घना हो जाता है। हालांकि, जब यह लगभग 4 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा हो जाता है, तो यह वास्तव में थोड़ा विस्तार करना शुरू कर देता है। पानी इस मायने में काफी अनोखा है कि इसका ठोस रूप, बर्फ, अपने तरल रूप से कम घना होता है। इसलिए यद्यपि यह आम तौर पर ठंडा होने पर अधिक घना हो जाता है, एक निश्चित बिंदु पर यह प्रवृत्ति उलट जाती है, और यह 0 डिग्री सेल्सियस पर अपने हिमांक बिंदु तक विस्तार करना शुरू कर देता है। इसका प्रभाव इस बात पर पड़ता है कि जमी हुई झील में संवहन कैसे काम करता है।

जैसे ही एक झील में पानी ठंडा होता है, यह गर्म पानी के बढ़ने पर डूब जाता है लेकिन केवल तब तक जब तक पूरी झील 4 डिग्री सेल्सियस न हो जाए। इस बिंदु पर संवहन उलट जाता है: 4 डिग्री सेल्सियस से अधिक ठंडा पानी cooler से कम घना होता है गर्म पानी, जिसका अर्थ है कि झील का शीर्ष भाग नीचे और बर्फ से ठंडा हो जाता है रूप। यही कारण है कि झीलें सबसे पहले सबसे ऊपर जमती हैं।

सौर संवहन

सूर्य (साथ ही अधिकांश तारे) गर्म प्लाज्मा और कूलर प्लाज्मा के साथ आंतरिक संवहन से गुजरते हैं। सूर्य के संवहन क्षेत्र के भीतर, जो इसकी बाहरी सतह से अंदर की ओर फैला है, ऊष्मा ऊर्जा को गर्म सौर आंतरिक भाग से ठंडे बाहरी क्षेत्रों में संवहन धाराओं के माध्यम से ले जाया जाता है।

यह बनाता है "संवहन कोशिकाएं, "जो अंधेरे और हल्के धब्बे हैं जिन्हें आप सूर्य की सतह पर देख सकते हैं। प्रकाश धब्बे गर्म प्लाज्मा की संवहन कोशिकाएं हैं जो अभी-अभी आंतरिक से उठी हैं; काले धब्बे प्लाज्मा की संवहन कोशिकाओं के होते हैं जो ठंडे हो गए हैं और जल्द ही संवहन क्षेत्र के माध्यम से वापस नीचे आ जाएंगे।

इन काले और हल्के धब्बों को कभी-कभी सौर कणिकाएं भी कहा जाता है। वे औसतन लगभग 1,000 किमी व्यास (कैलिफोर्निया राज्य की लंबाई के बारे में) और सतह पर केवल लगभग आठ से 20 मिनट तक रहते हैं। किसी भी समय, सूर्य की सतह में लगभग चार मिलियन कणिकाएँ होती हैं!

संवहन के अन्य उदाहरण

मौसम विज्ञान या मौसम के अध्ययन में संवहन अत्यंत महत्वपूर्ण है। वायुमंडल के माध्यम से गर्म और ठंडी हवा का प्रवाह बादलों के विभिन्न आकार बनाता है, साथ ही गरज, बवंडर और मौसम के मोर्चे भी बनाता है।

कुछ ओवन संवहन द्वारा सेंकना करने में सक्षम हैं। संवहन ओवन पंखे और एक निकास प्रणाली का उपयोग करते हैं जो ओवन के अंदर हवा को बेक करते समय प्रसारित करते हैं, गर्म हवा को सीधे भोजन में प्रवाहित करते हैं। यह भोजन को तेजी से और अधिक समान रूप से पकाने की अनुमति देता है यदि इसे केवल ओवन के हीटिंग तत्वों के पास रखा जाता है। यह ओवन के इंटीरियर को भी अधिक शुष्क और कम आर्द्र बनाता है, जो भोजन को ब्राउन करने के लिए बेहतर हो सकता है।

पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र इसके बाहरी कोर में संवहन धाराओं के कारण होता है। पृथ्वी के केंद्र में एक ठोस आंतरिक कोर होता है, जो एक तरल बाहरी कोर से घिरा होता है जिसमें ज्यादातर लोहा और निकल होता है। ये दोनों धातुएँ विद्युत की सुचालक हैं। इस तरल परत में संवहन धाराएं तरल धातु के भीतर विद्युत धाराएं बनाती हैं, जो चुंबकीय क्षेत्र बनाती हैं; इन चुंबकीय क्षेत्रों का योग पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र है, जो सभी कम्पास को उत्तरी ध्रुव की ओर इंगित करता है और पृथ्वी को ब्रह्मांडीय विकिरण से बचाता है।

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