If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

જો તમે વેબ ફિલ્ટરની પાછળ હોવ, તો કૃપા કરીને ખાતરી કરો કે ડોમેન્સ *.kastatic.org અને *.kasandbox.org અનબ્લોક થયા છે.

મુખ્ય વિષયવસ્તુ

ઉષ્મા વાહકતા શું છે?

પદાર્થમાંથી ઉષ્માનું વહન જે દરે થાય છે તે કઈ રીતે નક્કી થાય તે શીખવા આ આર્ટીકલ વાંચો.

ઉષ્મા વાહકતા શું છે?

શિયાળામાં બાથરૂમની ટાઇલ્સ પર ચાલવું ત્રાસજનક છે કારણકે તે કાર્પેટ કરતા વધુ ઠંડુ લાગે છે. આ રસપ્રદ છે, કારણકે કાર્પેટ અને ટાઇલ્સ બંને સામાન્ય રીતે સમાન તાપમાને હોય છે (જેમ કે ઘરની અંદરના તાપમાને). આપણે જે જુદી જુદી સંવેદના અનુભવીએ છીએ તે એ હકીકત વડે સમજાવવામાં આવે છે કે જુદા જુદા પદાર્થો જુદા જુદા દરે ઉષ્માનું વહન કરે છે. ટાઇલ્સ અને પથ્થર એ કાર્પેટ અને રેસા કરતા ઉષ્માનું વહન ઝડપથી કરે છે, તેથી ટાઇલ્સ અને પથ્થર શિયાળામાં ઠંડા લાગે છે કારણકે તેઓ કાર્પેટ કરતાં તમારા પગમાંથી ઉષ્માનું વહન ઝડપથી કરે છે.
સામાન્ય રીતે, વિદ્યુતના સારા સુવાહકો (ધાતુઓ જેવી કે કોપર, એલ્યુમિનિયમ, સોનું, અને ચાંદી) એ ઉષ્માના પણ સારા સુવાહકો છે, જયારે વિદ્યુતના અવાહકો (લાકડું, પ્લાસ્ટિક, અને રબર) એ ઉષ્માના અવાહકો છે. નીચેની આકૃતિ જુદા જુદા તાપમાન આગળ બે પદાર્થોમાં અણુઓ દર્શાવે છે. ગરમ પદાર્થમાં અણુઓની ગતિઊર્જા (સરેરાશ) ઠંડા પદાર્થ કરતા વધુ હોય છે. જો બે અણુઓ અથડાય, તો ગરમથી ઠંડા અણુમાં ઉષ્માનું વહન થાય. બધી જ અથડામણના પરિણામે ગરમ પદાર્થની ઠંડા પદાર્થ તરફ ઉષ્માના પરિણામી ફ્લક્સનું વહન થાય. સંપર્કમાં રહેલા બે પદાર્થો વચ્ચે થતા ઉષ્માના વહનને આપણે ઉષ્માવહન કહીએ છીએ.

Image: જુદા જુદા તાપમાને બે પદાર્થોના અણુઓ પાસે જુદી સરેરાશ ગતિઊર્જા હોય છે. સંપર્ક સપાટી આગળ અથડામણ થતા ઊંચા તાપમાનના વિસ્તારથી નીચા તાપમાનના વિસ્તાર તરફ ઊર્જાનું વહન થાય છે. (Image Credit: Openstax College Physics)

ઉષ્મા વાહકતાના દર માટેનું સમીકરણ શું છે?

ત્યાં ચાર પરિબળ (k, A, ΔT, d) છે જે ઉષ્મા પદાર્થમાંથી કયા દરે વહન પામે છે તેને અસર કરે છે. આ ચાર પરિબળનો સમાવેશ નીચેના સમીકરણમાં કરવામાં આવ્યો છે જેને પ્રયોગો પરથી તારવવામાં આવ્યું છે.
Qt=kAΔTd
અક્ષર Q એ સમય t માં વહન પામતી ઉષ્માનો જથ્થો, k પદાર્થ માટે ઉષ્મા વાહકતાનો અચળાંક, A ઉષ્માનું વહન કરી રહેલા પદાર્થના આડછેદનું ક્ષેત્રફળ, ΔT એ પદાર્થની એક બાજુ અને બીજી બાજુ વચ્ચે તાપમાનનો તફાવત, અને d પદાર્થની જાડાઈ દર્શાવે છે. આ પરિબળને નીચેની આકૃતિમાં જોઈ શકાય છે.
Image: ઉષ્મા વહન કોઈ પણ પદાર્થમાં થઇ શકે, અહીં તેને લંબચોરસ ટુકડા વડે દર્શાવ્યું છે, ક્યાં તો વિન્ડો ગ્લાસ અથવા વોલરસ બલ્બર. (Image Credit: Openstax College Physics)

ઉષ્મા વહનના સમીકરણમાં દરેક પદ શું દર્શાવે છે?

ઉષ્મા વહન માટેના સમીકરણ Qt=kAΔTd માં યાદ રાખવા જેવું ઘણું છે. દરેક પરિબળનો અર્થ શું થાય તે સ્વતંત્ર રીતે નીચે જોઈએ.
Qt: સમીકરણની ડાબી બાજુનું પદ (Qt) પ્રતિ સેકન્ડ પદાર્થમાંથી વહન પામેલી ઉષ્મા ઊર્જાની જૂલ માં સંખ્યા દર્શાવે છે. તેનો અર્થ થાય કે રાશિ Qt નો એકમ joulessecond=watts છે.
k: અવયવ k ને ઉષ્મા વાહકતાનો અચળાંક કહેવામાં આવે છે. જે પદાર્થો સારી રીતે ઉષ્માનું વહન કરી શકે તેના માટે ઉષ્મા વાહકતાનો અચળાંક k વધુ હોય છે (જેમ કે ધાતુ અને પથ્થર), અને જે પદાર્થો ઉષ્માનું વહન ન કરી શકે તેના માટે ઉષ્મા વાહકતાનો અચળાંક k નાનો હોય છે (જેમ કે હવા અને લાકડું).
ΔT: ઉષ્મા વહન દર સુવાહક પદાર્થના એક છેડા અને બીજા છેડાની વચ્ચેના તાપમાનના તફાવતના ΔT=ThotTcold સમપ્રમાણમાં હોય છે. તેથી, તમે નળના ગરમ પાણી કરતા ઉકળતા પાણીથી વધુ દાઝી જશો ઉલટું, જો તાપમાન સમાન હોય, પરિણામી ઉષ્મા વહન દર શૂન્ય બને છે, અને સંતુલન પ્રાપ્ત થાય છે.
A: ક્ષેત્રફળ વધવાની સાથે અથડામણની સંખ્યા વધે છે, ઉષ્મા વહન આડછેદના ક્ષેત્રફળ A પર આધાર રાખે છે. જો તમે તમારી ફક્ત તમારી આંગળીના ટેરવા સાથે દીવાલને સ્પર્શ કરો તેના કરતા, તમારી હથેળી સાથે ઠંડી દીવાલને સ્પર્શ કરો તો તે ઝડપથી ઠંડી થશે.
d: વહનના કાર્યમાં ત્રીજું પરિબળ પદાર્થની જાડાઈ d છે જેમાંથી ઉષ્માનું વહન થાય છે. ઉપરની આકૃતિ બંને બાજુ જુદા જુદા તાપમાન સાથે પદાર્થનો સ્લેબ દર્શાવે છે. ધારો કે T2T1 કરતા મોટો છે, તેથી ઉષ્માનું વહન ડાબીથી જમણી બાજુ થાય છે. ડાબીથી જમણી બાજુ થતું ઉષ્માનું વહન અણુઓની અથડામણની શ્રેણી વડે થાય છે. જેમ પદાર્થ જાડો, તેમ ઉષ્માના સમાન જથ્થાના વહન માટે તે વધુ સમય લે. આ મોડલ સમજાવે છે કે શિયાળમાં પાતળા કપડાં કરતા જાડા કપડાં શું માટે વધુ હૂંફાળા હોય છે, અને આર્કટિક સસ્તન પ્રાણીઓ શા માટે જાડા બ્લબરથી પોતાને સુરક્ષિત કરે છે.

શા માટે ધાતુઓ બંને શિયાળામાં ઠંડી, અને ઉનાળામાં ગરમીનો અનુભવ કરે છે?

ઉષ્મા વાહકતા અચળાંક k વધુ ધરાવતા પદાર્થો (જેમ કે ધાતુ અને પથ્થરો) બંને રીતે ઉષ્માનું સારી રીતે વહન કરે; પદાર્થની અંદર અથવા બહાર. જો તમારી ચામડી ધાતુના સંપર્કમાં આવે જે તમારી ચામડીના તાપમાન કરતા ઠંડી છે, ધાતુ ઝડપથી તમારા હાથમાંથી ઉષ્મા ઊર્જાનું વહન કરે, હાથને ઠંડો બનાવે। સમાન રીતે, જો ધાતુ તમારી ચામડીના તાપમાન કરતા ગરમ હોય, ધાતુ ઝડપથી તમારા હાથમાં ઉષ્મા ઊર્જાનું વહન કરે, હાથને ગરમ બનાવે.
આ જ કારણે શિયાળામાં કોંક્રીટ આપણા પગના તળિયાને ઠંડી લાગે છે (કોંક્રીટ ઝડપથી આપણા પગના તળિયામાંથી ઉષ્મા બહાર કરે), અને ઉનાળામાં પગના તળિયા ગરમ કરે (કોન્ક્રીટ ઝડપથી પગના તળિયામાં ઉષ્મામાં વહન કરે).

ઉષ્મા વહનને સમાવતા પ્રશ્નો કેવા દેખાય?

ઉદાહરણ 1: બારી નવી બનાવવી

એક વ્યક્તિ તેણીના ઘરની બારી બદલવા માંગે છે, પણ તેણી તેના હીટિંગ કે કુલિંગ બીલને બદલવા માંગતી નથી. ઘરની દીવાલ પરની મૂળભૂત બારી પાસે ક્ષેત્રફળ A અને જાડાઈ d છે, અને તે કાચની બનેલી છે જેની પાસે ઉષ્મા વહન અચળાંક k છે.
બારીમાં નીચેનમાંથી કયો બદલાવ લઇ શકાય જેથી તેનો ઉષ્મા વહનનો દર મૂળભૂત બારીને સમાન જ રહે? (એક પસંદ કરો)
કોઈ એક જવાબ પસંદ કરો:

ઉદાહરણ 2: બારીએ ગુમાવેલી ઉષ્મા

તમારા ઘરની એક એક પેનવાળી બારીની પહોળાઈ 0.65 m, ઊંચાઈ 1.25 m, અને જાડાઈ 2 cm છે. કાચ પાસે ઉષ્મા વહન અચળાંક 0.84JsmoC છે. ધારો કે કાચની બહારનું તાપમાન અચળ 5o C છે, અને કાચની અંદરનું તાપમાન અચળ 20o C છે.
એક કલાકમાં બારીમાંથી કેટલા જૂલ ઉષ્માનું વહન થાય છે?
ઉકેલ:
Qt=kAΔTd(ઉષ્મા વહનના દર માટે સૂત્ર સાથે શરૂઆત કરો)
Q=tkAΔTd(Q ને અલગ કરવા બંને બાજુ t વડે ગુણો)
Q=(3600 s)kAΔTd(સમય અંતરાલ 1 કલાક છે, જે 3600 સેકન્ડ છે)
Q=(3600 s)(0.84JsmoC)AΔTd(કાચ માટે k ની કિંમત મૂકો)
Q=(3600 s)(0.84JsmoC)(0.8125 m2)ΔTd(ક્ષેત્રફળ બરાબર ઊંચાઈ×પહોળાઈ=0.65 m×1.25 m=0.8125 m2)
Q=(3600 s)(0.84JsmoC)(0.8125 m2)(15oC)d(ΔT=ThotTcold=20oC5oC=15oC)
Q=(3600 s)(0.84JsmoC)(0.8125 m2)(15oC)0.02 m(જાડાઈ d મીટરમાં જ હોવી જોઈએ, 2 cm=0.02 m)
Q=1.84×106 J(ગણતરી કરો અને ઉજવણી કરો)