ఉష్ణప్రసారం

మూడు రూపాల్లో వ్యాపించే వేడి!

వేడి పాలలో పెట్టిన స్పూన్‌ రెండో వైపు కూడా వెచ్చగా ఉంటుంది. కిటికీలు తెరిస్తే అప్పటి దాకా వేడిగా ఉన్న గదిలోకి చల్లటి గాలి వచ్చేస్తుంది. ఎండలో నిలబడితే శరీరం వేడెక్కుతుంది. వస్తువుల్లో ఉష్ణం రకరకాలుగా ప్రసారం కావడం వల్ల ఈ చర్యలన్నీ సంభవిస్తున్నాయి. మాధ్యమాల్లో తేడాల వల్ల ఉష్ణం ప్రసరించే తీరు, ప్రదర్శించే ధర్మాలు మారుతుంటాయి. భౌతికశాస్త్రం అధ్యయనంలో భాగంగా అభ్యర్థులు ఈ అంశాలపై ప్రాథమిక అవగాహన కలిగి ఉండాలి.  నిత్యజీవితంలో వాటి అనువర్తనాల  గురించి తెలుసుకోవాలి. 

ఉష్ణప్రసారం ఎల్లప్పుడూ వేడి వస్తువు నుంచి చల్లని వస్తువు వైపు ఉంటుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రత ఉన్న వస్తువు నుంచి అల్ప ఉష్ణోగ్రత ఉన్న వస్తువు వైపు ఉష్ణ ప్రసారం జరుగుతుంది. అంటే రెండు వస్తువుల ఉష్ణోగ్రతలు సమానమయ్యేంత వరకు ఉష్ణప్రసారం జరిగి తర్వాత ఆగిపోతుంది. దీన్నే ఉష్ణ సమతా స్థితి అంటారు. ఉష్ణ సమతాస్థితి వద్ద రెండు వస్తువుల ఉష్ణోగ్రతలు సమానంగా ఉంటాయి.

* మనం మంచు ముక్కను తాకినప్పుడు చల్లని అనుభూతి పొందుతాం. మన శరీర ఉష్ణోగ్రత కంటే మంచు ఉష్ణోగ్రత తక్కువ ఉండటంతో శరీరం నుంచి మంచు ముక్కలోకి ఉష్ణప్రసారం జరిగి మనం ఉష్ణ శక్తిని కోల్పోతాం.

* వేడి వస్తువును తాకినప్పుడు మనకు వెచ్చని అనుభూతి కలుగుతుంది. కారణం వేడి వస్తువు ఉష్ణోగ్రత మన శరీర ఉష్ణోగ్రత కంటే ఎక్కువ కాబట్టి, వేడి వస్తువు నుంచి మన శరీరంలోకి ఉష్ణ ప్రసారం జరిగి వేడి వస్తువు ఉష్ణ శక్తిని కోల్పోతుంది. దీంతో మనకు వెచ్చని అనుభూతి కలుగుతుంది.

* ఉష్ణప్రసారం మూడు విధాలుగా జరుగుతుంది. 1) ఉష్ణ వహనం  2) ఉష్ణ సంవహనం  3) ఉష్ణ వికిరణం

ఉష్ణ వహనం: యానకంలో కణాల కదలిక లేకుండా ఒక వైపు నుంచి మరో వైపు ఉష్ణప్రసారం జరిగే పద్ధతిని ఉష్ణ వహనం అంటారు. ఉష్ణ వహనం ఎల్లప్పుడూ ఘన పదార్థాల్లో మాత్రమే జరుగుతుంది. ఉష్ణ వహన ప్రక్రియ సాగాలంటే వేడి, చల్లని వస్తువులు ఒకదానికొకటి తాకుతూ ఉండాలి. దీన్నే ధార్మిక స్పర్శ అంటారు. ్జమరొక అంశం రెండు వస్తువుల ఉష్ణోగ్రతల్లో తేడా ఉండాలి. అన్ని లోహాల్లో ఉష్ణ వహన ప్రక్రియ జరుగుతుంది.

అనువర్తనాలు: 1) వేడి పాలలో ఒక వైపు స్పూన్‌ ఉంచి కొద్దిసేపటి తర్వాత రెండో వైపు తాకితే వెచ్చగా అనిపించడం.

2) మంటకు దగ్గరగా ఉంచిన లోహపు గొట్టం కొద్దిసేపటి తర్వాత రెండో వైపు తాకితే వేడిగా ఉండటం.

3) స్టౌ మీద ఒక లోహపు కడ్డీని ఒక చివర ఉంచి కొద్దిసేపటి తర్వాత రెండో వైపు తాకితే ఎక్కువ వేడిగా ఉంటుంది.

ఉష్ణ సంవహనం: యానకంలోని కణాల కదలిక వల్ల ఒక ప్రదేశం నుంచి మరో ప్రదేశానికి ఉష్ణ ప్రసారం జరిగే పద్ధతిని ఉష్ణ సంవహనం అంటారు. ఈ ప్రక్రియలో ఉష్ణాన్ని గ్రహించిన కణాలు పైకి వెళ్లి చల్లని కణాలు కిందికి రావడం వల్ల ఒక చోట నుంచి మరో చోటికి ఉష్ణ ప్రసారం జరుగుతుంది. ద్రవాలు, వాయువుల్లో ఉష్ణ సంవహనం సంభవిస్తుంది. ఈ ప్రక్రియకు మూలకారణం సాంద్రతలో మార్పు.

అనువర్తనాలు: 1) పాత్రలో నీటిని పోసి వేడి చేస్తే, పాత్ర అడుగుభాగంలో ఉన్న నీరు వేడెక్కి, సాంద్రత తగ్గి పైకి వస్తుంది. పైన ఉన్న నీరు అడుగుకు చేరి వేడెక్కి మళ్లీ పైకి వస్తుంది. ఈవిధంగా పాత్రలోని మొత్తం నీరు వేడెక్కుతుంది.

2) గదిలోని వేడి గాలి సాంద్రత తగ్గి వెంటిలేటర్లు, చిమ్నీల ద్వారా బయటకి వెళుతుంది. దీనివల్ల చల్లని గాలి కిటికీల నుంచి లోపలికి వస్తుంది.

3) ఉదయం పూట సముద్రాల కంటే నేల త్వరగా వేడెక్కడం వల్ల సముద్రాల నుంచి చల్లని గాలులు భూమి మీదకు వస్తాయి. సాయంకాలం భూమి త్వరగా చల్లబడటంతో భూమిపై నుంచి చల్లనిగాలులు సముద్రం వైపు వీస్తాయి.

4) ప్రపంచ పవనాలు (వ్యాపార పవనాలు) అనేవి ఉష్ణ సంవహన ప్రక్రియ ద్వారానే ఏర్పడతాయి.

5) ఎండలో తిరిగి చెట్టు కింద కూర్చొన్న కుక్క ఉష్ణ సంవహన ప్రక్రియ ద్వారా తన శరీర ఉష్ణోగ్రతను తగ్గించుకోవడానికి నోటిలోని లాలాజలాన్ని నాలుక ద్వారా బయటకు వదులుతుంది.

* ఉష్ణ వహన ప్రక్రియ లేదా ఉష్ణ సంవహన ప్రక్రియ జరగాలంటే యానకం అవసరమవుతుంది. శూన్యంలో ఈ ప్రసారాలు జరగవు. కారణం శూన్యంలో కణాల కదలిక ఉండదు.

ఉష్ణ వికిరణం:  యానకం ఉన్నా, లేకపోయినా ఒక ప్రదేశం నుంచి మరొక ప్రదేశానికి ఉష్ణ ప్రసారం జరిగే ప్రక్రియను ఉష్ణ వికిరణం అంటారు. ఈ చర్యలో ఉష్ణం అనేది వికిరణ రూపంలో ప్రసరిస్తుంది. ఇది చాలా త్వరగా జరిగే ప్రక్రియ.

అనువర్తనాలు: 1) సూర్యుడి నుంచి ఉష్ణం, వికిరణ ప్రక్రియ ద్వారా భూమిని చేరడం వల్ల భూమి వేడెక్కుతుంది.

2) చలిమంటకు దగ్గరగా ఉన్న వ్యక్తి శరీరం వికిరణ రూపంలో వేడెక్కుతుంది.

3) సూర్యుడి నుంచి ఉష్ణం, వికిరణ రూపంలో ప్రసరించడం వల్ల ఎండలో నిలబడి ఉన్న వ్యక్తి శరీరం బాగా వేడెక్కుతుంది.

4) పైరోమీటర్, ఆప్టికల్‌ పైరోమీటర్‌ ఉష్ణవికిరణం అనే ధర్మం ఆధారంగానే పనిచేస్తాయి.

గమనిక: ఉష్ణ వహనం, ఉష్ణ సంవహనం, ఉష్ణ వికిరణం అనే మూడు పద్ధతుల ద్వారా భూమి వేడెక్కుతుంది.

1) ఒక తలం కోల్పోయే లేదా గ్రహించే ఉష్ణం ఆ తల వైశాల్యానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

* ఉదాహరణకు చలికాలంలో జంతువులు శరీరాన్ని దగ్గరగా ముడుచుకొని వైశాల్యాన్ని తగ్గించుకోవడం ద్వారా ఉష్ణ నష్టం తగ్గి వెచ్చగా ఉంటుంది.

2) తలం రంగుపై కూడా ఆధారపడి ఉంటుంది. ఉదాహరణకు ఎండ సమయంలో నల్లని తారు రోడ్డుపై నడవడం కంటే సిమెంటు రోడ్డుపై లేదా మట్టి రోడ్డుపై నడవడం సౌకర్యవంతంగా ఉంటుంది. ఎందుకంటే నల్లని రోడ్డు ఎక్కువ ఉష్ణాన్ని గ్రహించి ఉద్గారం చేస్తుంది.

* ఉష్ణ వికిరణ తీవ్రతను కొలవడానికి థర్మోపైల్‌ లేదా బోలో మీటర్‌ లాంటి పరికరాలను ఉపయోగిస్తారు.

ఉష్ణ వ్యాకోచం:  ఘన, ద్రవ, వాయు పదార్థాలను వేడి చేసినప్పుడు వ్యాకోచిస్తాయి. చల్లార్చినప్పుడు తిరిగి సంకోచిస్తాయి. ఘనపదార్థాల్లో ఉష్ణ వ్యాకోచం చాలా తక్కువగా, వాయు పదార్థాల్లో చాలా ఎక్కువగా, ద్రవ పదార్థాల్లో మధ్యస్థంగా ఉంటుంది.

ఘనపదార్థాల్లో ఉష్ణ వ్యాకోచం: దీన్ని మూడు రకాలుగా విభజించారు.

దైర్ఘ్య వ్యాకోచ గుణకం: ప్రమాణ పొడవున్న కడ్డీ ఉష్ణోగ్రతను పెంచినప్పుడు దాని పొడవులో కలిగే పెరుగుదలను ఆ పదార్థ దైర్ఘ్య వ్యాకోచ గుణకం అంటారు. దీన్ని α  (ఆల్ఫా) తో సూచిస్తారు.

విస్తీర్ణ వ్యాకోచ గుణకం: ప్రమాణ వైశాల్యం ఉన్న ఒక లోహపు పలక ఉష్ణోగ్రతను పెంచినప్పుడు దాని వైశాల్యంలో కలిగే పెరుగుదలను విస్తీర్ణ వ్యాకోచ గుణకం అంటారు. దీన్ని β (బీటా) తో సూచిస్తారు.

ఘనపరిమాణ వ్యాకోచ గుణకం: ప్రమాణ ఘనపరిమాణం ఉన్న వస్తువు ఉష్ణోగ్రతను పెంచినప్పుడు దాని ఘనపరిమాణంలో కలిగే పెరుగుదలను ఆ పదార్థ ఘనపరిమాణ వ్యాకోచగుణకం అంటారు. దీన్నిγ (గామా) తో సూచిస్తారు.

దైర్ఘ్య, విస్తీర్ణ, ఘనపరిమాణ వ్యాకోచ గుణకాల నిష్పత్తి (α : β : γ) = 1 : 2 : 3

ఘనపదార్థాల వ్యాకోచం - అనువర్తనాలు: 

1) కొన్ని పదార్థాలు వేడి చేస్తే వ్యాకోచిస్తాయి.

ఉదా: ఇనుము, అల్యూమినియం, వెండి, బంగారం, పాదరసం

2) కొన్ని పదార్థాలు వేడి చేస్తే సంకోచిస్తాయి.

ఉదా: రబ్బరు, ప్లాస్టిక్, గాజు, దుక్క ఇనుము

3) కొన్ని పదార్థాలు వేడి చేస్తే సంకోచించవు, వ్యాకోచించవు.

ఉదా: ఇన్వర్ట్‌ స్టీల్‌

* విద్యుత్‌ బల్బును అల్యూమినియం రేకుతోనే సీల్‌ చేస్తారు. కారణం గాజు, అల్యూమినియంల సంకోచ, వ్యాకోచాలు సమానం.

* రెండు విద్యుత్తు స్తంభాల మధ్య తీగలను వదులుగా ఉంచుతారు. కారణం శీతాకాలంలో ఏర్పడే సంకోచాన్ని నివారించడానికి.

* రైలు పట్టాలు, సిమెంట్‌ రోడ్ల మధ్య భాగంలో ఖాళీలు ఉంచుతారు. కారణం వేసవికాలంలో ఏర్పడే వ్యాకోచాన్ని అధిగమించడం కోసం.

* బిల్డింగ్‌ ఫ్లోర్‌ నిర్మాణంలో కాంక్రీట్, స్టీల్‌ కలిపి వాడతారు. కారణం వీటి రెండింటి సంకోచ వ్యాకోచాలు సమానం.

* ఫ్రిజ్, ఆటోమేటిక్‌ ఐరన్‌ బాక్స్‌లో ద్విలోహపు పట్టీని తాప నియంత్రంగా వాడతారు. కారణం ద్విలోహపు పట్టీ సంకోచ, వ్యాకోచాల ధర్మాలు వేరుగా ఉంటాయి. దీన్ని ఇనుము, ఇత్తడితో తయారుచేస్తారు.

ద్రవపదార్థాల వ్యాకోచం: 
ద్రవ పదార్థాలను వేడి చేస్తే వ్యాకోచిస్తాయి. వీటికి రెండు రకాల వ్యాకోచాలు ఉంటాయి. 1) దృశ్య వ్యాకోచం, 2) నిజ వ్యాకోచం

నీటి అసంగత వ్యాకోచం: పరిశుద్ధమైన నీటినిO^oC నుంచి 4^oC వరకు వేడి చేసినప్పుడు అది వ్యాకోచించడానికి బదులుగా సంకోచిస్తుంది.4^oC తర్వాత అన్ని ద్రవ పదార్థాల్లాగే నీరు కూడా వ్యాకోచిస్తుంది. కాబట్టి నీటికి ఉన్న ఇలాంటి అసాధారణ ధర్మాన్ని నీటి అసంగత వ్యాకోచం అంటారు.

* స్వచ్ఛమైన నీటికి 4^oCవద్ద కనిష్ఠ ఘనపరిమాణం, గరిష్ఠ సాంద్రత ఉంటుంది.

అనువర్తనాలు:  1) శీతాకాలంలో నదులు, సముద్రాల పైభాగం గడ్డ కట్టినప్పటికీ అడుగుభాగంలో జలచరాలు బతికి ఉండటానికి కారణం నీటి అసంగత వ్యాకోచమే.. 2) శీతాకాలంలో వాహనాల రేడియేటర్లు పగిలిపోవడానికి కారణం నీటి అసంగత వ్యాకోచమే. దీన్ని నివారించడానికి నీటికి ఇథైల్‌ గ్లైకాల్‌ అనే ద్రావణాన్ని కలుపుతారు.3) శీతాకాలంలో నీటిపైపులు జాయింట్ల వద్ద పగిలిపోవడానికి కారణం నీటి అసంగత వ్యాకోచమే. దీన్ని నివారించేందుకు నీటి పైపులకు నలుపు రంగు పూత వేస్తారు.4) శీతాకాలంలో కొండ చరియలు విరిగిపడటం, నల్లరేగడి మట్టి బీటలు వారడానికి కారణం నీటి అసంగత వ్యాకోచమే. 

వాయు పదార్థాల వ్యాకోచం: వాయు అణువుల మధ్య బంధ దూరం ఎక్కువ కాబట్టి వాయు పదార్థాలను వేడి చేస్తే మిగిలిన పదార్థాల కంటే వ్యాకోచం ఎక్కువగా ఉంటుంది.

ఉదా: వేసవి కాలంలో వాతావరణంలో ఉష్ణోగ్రత పెరగడం.

* వేసవిలో వాహనాల టైర్లలో గాలి వేడెక్కి వ్యాకోచించడం వల్ల అవి పగిలిపోతాయి.

మాదిరి ప్రశ్నలు

1. కిందివాటిలో వేడి చేస్తే వ్యాకోచించని, సంకోచించని పదార్థం ఏది?

1) గాజు   2) ప్లాస్టిక్‌    3) పాదరసం   4) ఇన్వర్ట్‌ స్టీల్‌

2. ఉష్ణం ఎల్లప్పుడూ అధిక ఉష్ణోగ్రత ఉన్న వస్తువు నుంచి అల్ప ఉష్ణోగ్రత ఉన్న వస్తువు వైపు ప్రవహించడాన్ని ఏమంటారు?

1) ఉష్ణ సమతాస్థితి    2) ఉష్ణ తీక్షణం   3) ఉష్ణ ప్రసారం   4) ఉష్ణ సంగ్రహం

3. ఇంటి పైకప్పుల నిర్మాణంలో కాంక్రీటుతో పాటు నీ’ ను కూడా ఉపయోగించడానికి కారణం?

1) ఆ రెండు పదార్థాలు సంకోచించడం
2) ఆ రెండు పదార్థాలు వ్యాకోచించడం

3) వాటి సంకోచ, వ్యాకోచాలు అసమానంగా ఉండటం

4) వాటి సంకోచ, వ్యాకోచాలు సమానంగా ఉండటం

4. దైర్ఘ్య, విస్తీర్ణ, ఘనపరిమాణ వ్యాకోచ గుణకాల నిష్పత్తులు వరుసగా గుర్తించండి. (α : β : γ)

1) 2 : 1 : 3    2) 1 : 3 : 2    3) 3 : 2 : 1     4) 1 : 2 : 3

5. స్వచ్ఛమైన నీటికి ఏ ఉష్ణోగ్రత వద్ద కనిష్ఠ ఘనపరిమాణం, గరిష్ఠ సాంద్రత ఉంటుంది?

1) 5ాది     2) 4ాది    3) 6ాది    4) 10ాది

6. ఆటోమేటిక్‌ ఐరన్‌ బాక్స్‌లు, రిఫ్రిజిరేటర్లలో ఉష్ణోగ్రత క్రమబద్ధీకరణకు దేనితో తయారుచేసిన ద్విలోహపు పట్టీని (థర్మోస్టాట్‌) ఉపయోగిస్తారు?

1) ఇనుము, ఇత్తడి     2) ఇనుము, తగరం     3) ఇత్తడి, వెండి   4) ఇనుము, రాగి

7. చలి కాలంలో వాహనాల రేడియేటర్లు పగిలిపోవడానికి కారణం?

1) గాలి సంకోచం    2) ఆర్ద్రత   3) గాలి పీడనం     4) నీటి అసంగత వ్యాకోచం

8. చలి మంటకు దగ్గరగా నిలబడి ఉన్న వ్యక్తి శరీరం వేడెక్కడానికి కారణమైన ఉష్ణప్రసార ధర్మం?

1) ఉష్ణ వహనం     2) ఉష్ణ సంవహనం     3) ఉష్ణ వికిరణం   4) ఉష్ణ తీక్షణం

9. వేసవి కాలంలో వాహనాల టైర్లు పగిలిపోవడానికి కారణం?

1) వాయువుల ఉష్ణసంకోచం    2) వాయువుల ఉష్ణవ్యాకోచం

3) నాసిరకం టైర్ల వాడకం  4) టైర్ల స్పర్శాతల వైశాల్యం పెరగడం

10. కిందివాటిలో వేగంగా జరిగే ఉష్ణప్రసార ధర్మం?

1) ఉష్ణ వికిరణం     2) ఉష్ణ వహనం   3) ఉష్ణ సంవహనం 4) ఉష్ణ తీక్షణం

సమాధానాలు:

1-4,   2-3,   3-4,   4-4,   5-2,   6-1,   7-4,   8-3,   9-2,   10-1.

రచయిత: చంటి రాజుపాలెం