उष्णता संक्रमणाचे प्रकार (Types of Heat Transfer)

उष्णता संक्रमणाचे (परिवहनाचे) मुख्यत्वे तीन प्रकार आहेत : (१) संवहन, (२) संनयन किंवा अभिसरण, (३) प्रारण.

उष्णता संवहन (Conduction) : संवहन हा उष्णता परिवहनाचा मार्ग असून त्याद्वारे एका विशिष्ट पदार्थातील ऊर्जा एका भागाकडून दुसऱ्या भागाकडे प्रवाहित होते. त्याचप्रमाणे एकमेकांच्या संपर्कात असणाऱ्या दोन भिन्न वस्तूंमध्येही ऊष्मीय ऊर्जा संवहनाद्वारे प्रवाहित होऊ शकते. संवहनामध्ये पदार्थाच्या अणु-रेणूंची उल्लेखनीय हालचाल होत नाही.

संवहन पुढील दोन मार्गांनी घडते : (१) मुक्त विद्युत रेणूंच्या हालचालीमुळे; (२) ऊर्जित अणु-रेणूंच्या जालक कंपनांमुळे. या कंपनांमुळे ती ऊर्जा लगतच्या रेणूंकडे स्थलांतरित होते.

वायूंमध्ये ऊर्जा संवहन त्यांच्या रेणूंच्या मदतीने होते. ऊर्जित रेणूचा दुसऱ्या रेणूसोबत संघात झाल्याने त्याची ऊर्जा दुसऱ्या रेणूकडे अंतरित होते आणि अशा प्रकारे ऊष्मीय ऊर्जेचे संवहन घडते. या क्रियेत एक रेणू त्याची ऊर्जा गमावतो आणि दुसरा तीच ऊर्जा मिळवितो, ही क्रिया सतत चालू राहते जोपर्यंत तो पदार्थ तापीय समतोलनाच्या स्थितीत येत नाही.

द्रव पदार्थामध्येही वायूप्रमाणेच उष्णेतेचे संवहन घडते, मात्र येथे द्रवाचे रेणू वायूच्या रेणूंच्या तुलनेत जास्त जवळ स्थित असतात. त्यामुळे त्यांचा मुक्त संचार होऊ शकत नाही आणि आंतररेणवीय बलेदेखील या हालचालीस प्रतिबंध करतात.

बाराँ झां बातीस्त झोझेफ फूर्ये यांचा संवहनाविषयक नियम :

$Q = -kA (\frac{dT}{dx})$

येथे, $Q$ = उष्णता संवहनाचे प्रमाण, (वॉट मध्ये)

$A$ = छेदक क्षेत्रफळ, (वर्गमीटर मध्ये)

$k$ = संवाहकता (W/m ^oC)

$\frac{dT}{dx}$ = तापमान प्रवणता (W/m)

उष्णता संनयन / अभिसरण (Convection) : अभिसरणाची क्रिया द्रायूंमध्ये अंतर्गत उष्णता संक्रमण घडवून आणते. येथे रेणूंची हालचाल हे उष्णता परिवहनाचे मुख्य कारण असते. येथे कणांची हालचाल होत असल्याने यास उष्णता संक्रमणाचे बृहत् रूप म्हणतात.

ज्या द्रायूंमध्ये कणांची मुक्त हालचाल होऊ शकते केवळ अशाच द्रायूंमध्ये अभिसरण शक्य होते. यात उष्णता संवहनाची राशी प्रवाहावरदेखील अवलंबून असते.

याचे दोन प्रकार असतात : (१) नैसर्गिक अभिसरण , (२) प्रेरित अभिसरण.

नैसर्गिक अभिसरण घनतेतील फरकामुळे आपोआप घडते. पदार्थाच्या एका भागातील तापमान वाढले तर इतर भागांच्या तुलनेत तेथील घनता कमी होते. या घनतेतील फरकामुळे कमी घनतेचा भाग जास्त घनतेच्या भागाच्या वर येण्याचा प्रयत्न करतो, त्यामुळे उष्णेतेचे संक्रमण घडते.

प्रेरित अभिसरणासाठी द्रायूंची हालचाल घडवून आणावी लागते. त्यासाठी पंप किंवा पंख्याचा वापर करावा लागतो.

आयझॅक न्यूटन यांचा शीतलन नियम :

$Q = hA(T_s - T_\infty)$

येथे, $h$ = ऊर्जा संक्रमण सहगुणक (W/(m²K))

$A$ = क्षेत्रफळ (वर्गमीटर मध्ये)

$T_s$ = पृष्ठभागाचे तापमान (केल्व्हिनमध्ये)

$T_\infty$ = द्रायूचे तापमान (केल्व्हिनमध्ये)

उष्णता प्रारण (Radiation) : प्रारणासाठी कोणत्याही माध्यमाची गरज नसते. परिपूर्ण शून्यापेक्षा जास्त तापमान असणारा प्रत्येक पदार्थ विद्युतचुंबकीय लहरींद्वारे ऊष्मीयऊर्जा उत्सर्जित करतो. परिवर्तनाचे नियम प्रारणास लागू होतात. सूर्याची ऊर्जा पृथ्वीपर्यंत याच मार्गाने पोहोचते.

$Q = A\sigma T^4$