ఉష్ణ ప్రసారం/ ఉష్ణ బదిలీ

పద్ధతులు

ఉష్ణం ఒక చోటు నుంచి మరొక ప్రదేశానికి మూడు పద్ధతుల్లో బదిలీ అవుతుంది. అవి: 

1. ఉష్ణ వహనం   

2. ఉష్ణ సంవహనం         

3. ఉష్ణ వికిరణం

* ఉష్ణ వహనాన్ని ఘన పదార్థాల్లో; ఉష్ణ సంవహనాన్ని ద్రవాలు, వాయువుల్లో; ఉష్ణవికిరణాన్ని శూన్యంలో గమనించవచ్చు.

ఉష్ణ వహనం (Thermal Conduction)

* ఉష్ణం బదిలీ అయ్యే సమయంలో పదార్థం చలించకుండా ఉండే 

ప్రక్రియను ఉష్ణవహనం అంటారు. 

* ఒక పొడవైన లోహ కడ్డీ చివరను వేడిచేస్తే, ఉష్ణం ఆ చివర నుంచి మరొక చివరకు అణువుల కంపనాల ద్వారా ప్రసరిస్తుంది. ఉష్ణాన్ని గ్రహించిన అణువు ముందుకు వెళ్లకుండా, ఉన్న చోటే కంపిస్తూ, దాని పక్కనే ఉండే అణువుకు బదిలీ చేస్తుంది. 

* వహనం అత్యంత నిదానంగా జరిగే ఉష్ణ ప్రసారం. ఘనపదార్థాలు ముఖ్యంగా లోహాల్లో వహనం అత్యధికంగా జరుగుతుంది. ఇది ద్రవాల్లో తక్కువగా, వాయువుల్లో అత్యల్పంగా ఉంటుంది.

* అత్యుత్తమ ఉష్ణవాహకం వెండి. గాలి అధమ ఉష్ణవాహకం. కాబట్టి స్వెటర్, గొంగళి లాంటి వస్త్రాలు శరీరానికి, వస్త్రానికి మధ్య గాలిని నిలిపి, ఉష్ణాన్ని బంధిస్తాయి.

* మంచు అధమ ఉష్ణ వాహకం. కాబట్టి ఎస్కిమోలు అతి శీతల మంచు ప్రాంతాల్లో చలి నుంచి రక్షణ పొందడానికి మంచుతో నిర్మించిన ‘ఇగ్లూ’లలో నివసిస్తారు. 

* వరిపొట్టు, ఎండుటాకులు, గడ్డి, మట్టిగోడ, దూది, ప్లాస్టిక్, రబ్బర్‌ అధమ ఉష్ణ వాహకాలకు ఉదాహరణలు. వేసవిలో మంచు కరగకుండా ఉండేందుకు దానిపై వరిపొట్టు (ఊక)ను చల్లుతారు. మట్టి గోడలతో, ఎండుటాకులు లేదా గడ్డి పైకప్పుగా ఉన్న ఇళ్లు వేసవి కాలంలో చల్లగా, శీతాకాలంలో వెచ్చగా ఉంటాయి.

* భారతీయులు తమ శరీర ఉష్ణోగ్రతను స్థిరంగా ఉంచుకునేందుకు ఆభరణాలను ధరిస్తారు. ముఖ్యంగా వెండి, బంగారం, రాగితో చేసిన వాటిని వేసుకుంటారు. వీటితో శరీర ఉష్ణోగ్రతకు మేలు జరుగుతుంది. చల్లటి వాతావరణం ఉండే దేశాల్లో వేడి కోసం ఎక్కువ పొరలు కలిగిన దుస్తులను (కోట్లు), తోలు షూలు, మెడ వరకు గాలిని బిగించే ‘టై’లు ఉపయోగిస్తారు. అధిక ఉపరితల వైశాల్యం కలిగిన మెడ, వేళ్లు, చెవులు, ముక్కుకి ఆభరణాలు ధరించడం ద్వారా ఉష్ణ ప్రసారాన్ని నియంత్రించవచ్చు.

* పాదరసం ద్రవ రూపంలోని లోహం. అది ఉత్తమ ఉష్ణ వాహకం. అందుకే దీన్ని ఉష్ణోగ్రతను కొలిచే ద్రవ థర్మామీటర్‌లో ఉపయోగిస్తారు.

* ఒక ఘన (లోహ) పదార్థం ఏకాంక అడ్డుకోత వైశాల్యానికి లంబంగా, ఏకాంక ఉష్ణోగ్రతా ప్రవణత (Gradient) ద్వారా సెకను కాలానికి జరిగే ఉష్ణ ప్రసార పరిమాణాన్ని ‘‘ఉష్ణ వహన గుణకం’’(K) అంటారు.

Kకి ప్రమాణాలు Wm^-1K^-1. పదార్థాల ఉష్ణవహన గుణకాల విలువలు  (Wm^-1K^-1) ప్రమాణాల్లో

వెండి: 429, బంగారం: 318, రాగి: 401, అల్యూమినియం: 238, ఇనుము: 80, గాలి: 0.0234, మంచుగడ్డ: 1.7, చెక్క బెరడు: 0.046, ఇసుక: 0.39, నీరు: 0.6, గాజు: 0.8.

ఉష్ణ సంవహనం (Thermal Convection)

* ద్రవాలు, వాయువుల్లో ఈ రకమైన ఉష్ణ ప్రసారం జరుగుతుంది. ఉష్ణం బదిలీ అయ్యేటప్పుడు పదార్థంలోని కణాలు కూడా ఉష్ణంతో పాటు ముందుకు చలిస్తాయి. వేడెక్కిన గాలి తేలికై, గదిలోని వెంటిలేటర్ల ద్వారా బయటకు వెళ్తే, చల్లటి బరువైన గాలి కిటికీలు, ద్వారాల నుంచి లోపలికి వస్తుంది. 

* పాత్రలోని నీటిని వేడి చేసేటప్పుడు దాని అడుగు భాగంలోని నీరు పైకి వెళ్తే, అక్కడి చల్లని నీరు కిందకి వలయాల రూపంలో ప్రయాణిస్తుంది.

* గదిలో తిదిని, ఫ్రిజ్‌లో కూలింగ్‌ ఛాంబర్‌ని పైన అమరుస్తారు. వాటర్‌ హీటర్‌లోని హీటింగ్‌ కాయిల్‌ని అడుగు భాగాన ఉంచుతారు.

* ఉష్ణ సంవహనం వల్ల సముద్ర, భూపవనాలు ఏర్పడతాయి. అదే విధంగా భూగోళంపై గాలి, సముద్రాల్లో నీరు ఉష్ణోగ్రతల్లోని వ్యత్యాసాల వల్ల నిరంతరం ఒక ప్రదేశం నుంచి మరొక చోటుకు కదులుతూ ఉంటాయి.

* వీధుల్లోని ట్రాన్స్‌ఫార్మర్లలో ఉత్పత్తి అయ్యే ఉష్ణాన్ని అందులోని నూనె సంవహనం చేస్తుంది. అది ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌ బయట కనిపించే వర్తులాకార గొట్టాల్లో నిరంతరం తిరుగుతూ వేడిని వాతావరణంలోకి బదిలీ చేస్తుంది.

* ఉష్ణ సంవహన ధర్మం ఆధారంగా వాహనాల్లో రేడియేటర్, అణువిద్యుత్‌ కేంద్రాల్లో శీతలీకరణ వ్యవస్థలు పనిచేస్తాయి.

* వేడిగా ఉండే ఆహార పదార్థం గాలి సంవహనం వల్ల సహజసిద్ధంగా చల్లారుతుంది. ఇది సహజ సంవహనానికి ఉదాహరణ. అలా కాకుండా దాన్ని బలమైన గాలిని వదిలే ఫ్యాన్‌కి సమీపంలో ఉంచి చల్లార్చే ప్రక్రియ ‘బలాత్కృత సంవహనా’నికి ఉదాహరణ.

ఉష్ణ వికిరణం (Thermal Radiation)

*  ఉష్ణం ఎలాంటి యానకం లేకపోయినా జనకం నుంచి పరిసరాలకి శూన్యంలో కూడా ప్రసరించే ప్రక్రియను వికిరణం అంటారు. 

*  ఉష్ణశక్తి విద్యుదయస్కాంత తరంగాల రూపంలో శూన్యంలో కూడా కాంతి వేగంతో ప్రసారం కావడాన్ని ఉష్ణ వికిరణం అంటారు. ఈ వికిరణాల తరంగదైర్ఘ్యం విలువ 7800 A^o నుంచి 1 mm వరకు ఉంటుంది.

* శూన్య కెల్విన్‌ వద్ద మినహా అన్ని ఉష్ణోగ్రతల వద్ద వస్తువులు ఉష్ణాన్ని వికిరణం రూపంలో కోల్పోతాయి. వికిరణ థర్మామీటర్, మానవ శరీరం నుంచి వచ్చే వికిరణ తీవ్రత ఆధారంగా శరీర ఉష్ణోగ్రతను లెక్కిస్తుంది.

*  భూమి సూర్యుడి మధ్య ఎలాంటి యానకం లేనప్పటికీ వేడి భూమిని వికిరణాల రూపంలో చేరుతోంది. హరితగృహ ప్రభావంలో వస్తువుల నుంచి వచ్చే వికిరణాలను భూమిపై ఉండే కాలుష్య వాయు పొరలు అడ్డగించడం వల్ల భూమి వేడెక్కుతోంది.

*  వహనం, సంవహనాలతో పోలిస్తే వికిరణం అత్యంత వేగవంతమైన ఉష్ణ ప్రసార ప్రక్రియ.

థర్మాస్‌ ఫ్లాస్క్‌

*  ఉష్ణాన్ని సంపూర్ణంగా బంధించడం అసాధ్యం. కానీ, ఉష్ణ ప్రసార నష్టాన్ని కొంతకాలం పాటు తగ్గించవచ్చు. 

*  వేడి ఆహార పదార్థాలను, చల్లటి పానీయాలను వాటి ఉష్ణోగ్రతల వద్దే కొంత సమయం పాటు ఉంచడానికి థర్మాస్‌ ఫ్లాస్క్‌లను ఉపయోగిస్తారు. వీటిలో ప్రధానంగా రెండు గోడలు ఉండే గాజు బుడ్డీ ఉంటుంది. 

*  ఈ రెండింటి మధ్య శూన్య ప్రదేశం ఉంటుంది. గాజు బుడ్డీ లోపలి గోడ బయటి ఉపరితలంపై, వెలుపలి గోడ లోపలి ఉపరితలంపై మెరిసే వెండిపూత ఉంటుంది. మొత్తం బుడ్డీని బిరడాతో బిగించే వీలున్న ప్లాస్టిక్‌ పాత్రలో అమరుస్తారు.

*  గాజు బుడ్డీ గోడల మధ్య ఉండే శూన్య ప్రదేశం పాత్రలోని ద్రవం ఉష్ణశక్తిని వహనం, సంవహనాల రూపంలో త్వరగా వృథా కాకుండా చేస్తుంది. దీనికి తోడు గాజు అధమ ఉష్ణ వాహకం. గాజు గోడలపై వేసిన వెండిపూత వికిరణాలను తిరిగి ద్రవంలోనికే పరావర్తనం చెందించడం ద్వారా కలిగే వికిరణ నష్టాన్ని చాలా మేరకు నిలుపుతుంది.

*  ప్లాస్టిక్‌ పాత్ర, దానికి బిగువుగా ఉండే మూత ఉష్ణాన్ని మరికొంత కాలం పట్టి ఉంచేందుకు తోడ్పడతాయి. 

*  థర్మాస్‌ ఫ్లాస్క్‌ని జేమ్స్‌ దేవర్‌ అభివృద్ధి చేశాడు.

*  తళతళ మెరిసే వెండి, బంగారు కాగితాల్లో, అల్యూమినియం ఫాయిల్‌లో నిల్వ ఉంచిన బిస్కెట్లు, బిర్యానీ, ఇతర తినుబండారాలు వేడిని వికిరణ రూపంలో త్వరగా కోల్పోవు లేదా చల్లదనాన్ని గ్రహించవు. కాబట్టి ప్యాకెట్‌ని తెరిచేవరకు అవి వేడిగా లేదా క్రిస్పీ (బిస్కెట్లు, చిప్స్‌ లాంటివి)గా ఉంటాయి.