यदि आप अपने हाथ को स्विच ऑन इलेक्ट्रिक लैंप के पास लाते हैं या अपनी हथेली को गर्म स्टोव पर रखते हैं, तो आप गर्म हवा की धाराओं की गति को महसूस कर सकते हैं। जब कागज की एक शीट को खुली लौ पर दोलन किया जाता है तो वही प्रभाव देखा जा सकता है। दोनों प्रभावों को संवहन द्वारा समझाया गया है।
यह क्या है?
संवहन की घटना गर्म द्रव्यमान के संपर्क में एक ठंडे पदार्थ के विस्तार पर आधारित है। ऐसी परिस्थितियों में, गर्म पदार्थ अपना घनत्व खो देता है और अपने आसपास के ठंडे स्थान की तुलना में हल्का हो जाता है। सबसे सटीक रूप से, घटना की यह विशेषता पानी को गर्म करने पर गर्मी के प्रवाह की गति से मेल खाती है।
ताप के प्रभाव में अणुओं की विपरीत दिशाओं में गति ठीक उसी पर आधारित होती है जिस पर संवहन आधारित होता है। विकिरण और तापीय चालकता समान प्रक्रियाएं हैं, लेकिन वे मुख्य रूप से ठोस पदार्थों में तापीय ऊर्जा के हस्तांतरण से संबंधित हैं।
संवहन के ज्वलंत उदाहरण - हीटिंग के साथ एक कमरे के बीच में गर्म हवा की आवाजाहीउपकरण, जब गर्म धाराएँ छत के नीचे चलती हैं, और ठंडी हवा फर्श की सतह पर उतरती है। इसीलिए, जब हीटिंग चालू होती है, तो कमरे के ऊपर की हवा कमरे के निचले हिस्से की तुलना में अधिक गर्म होती है।
आर्किमिडीज का नियम और भौतिक निकायों का थर्मल विस्तार
यह समझने के लिए कि प्राकृतिक संवहन क्या है, यह आर्किमिडीज कानून के उदाहरण और थर्मल विकिरण के प्रभाव में निकायों के विस्तार की घटना का उपयोग करके प्रक्रिया पर विचार करने के लिए पर्याप्त है। तो, कानून के अनुसार, तापमान में वृद्धि आवश्यक रूप से तरल की मात्रा में वृद्धि की ओर ले जाती है। कंटेनरों में नीचे से गर्म किया गया तरल अधिक ऊपर उठता है, और उच्च घनत्व की नमी क्रमशः कम हो जाती है। ऊपर से गर्म करने की स्थिति में कम से कम सघन तरल पदार्थ अपने स्थान पर रहेंगे, ऐसी स्थिति में घटना नहीं होगी।
अवधारणा का उदय
शब्द "संवहन" पहली बार 1834 में अंग्रेजी वैज्ञानिक विलियम प्राउट द्वारा प्रस्तावित किया गया था। इसका उपयोग गर्म, गतिशील तरल पदार्थों में तापीय द्रव्यमान की गति का वर्णन करने के लिए किया गया था।
संवहन की घटना का पहला सैद्धांतिक अध्ययन 1916 में ही शुरू हुआ था। प्रयोगों के दौरान, यह पाया गया कि नीचे से गर्म किए गए तरल पदार्थों में प्रसार से संवहन में संक्रमण तब होता है जब कुछ महत्वपूर्ण तापमान मान पहुंच जाते हैं। बाद में, इस मान को "रोएल नंबर" के रूप में परिभाषित किया गया था। इसका अध्ययन करने वाले शोधकर्ता के नाम पर इसका नाम रखा गया था। प्रयोगों के परिणामों ने आर्किमिडीज की ताकतों के प्रभाव में गर्मी के प्रवाह की गति की व्याख्या करना संभव बना दिया।
संवहन के प्रकार
हमारे द्वारा वर्णित कई प्रकार की परिघटनाएं हैं - प्राकृतिक और जबरन संवहन। एक कमरे के बीच में गर्म और ठंडी हवा के प्रवाह की गति का एक उदाहरण प्राकृतिक संवहन की प्रक्रिया को चित्रित करने का सबसे अच्छा तरीका है। मजबूर के रूप में, यह तरल को चम्मच, पंप या स्टिरर से मिलाते समय देखा जा सकता है।
ठोस पदार्थों को गर्म करने पर संवहन असंभव है। यह उनके ठोस कणों के कंपन के दौरान काफी मजबूत पारस्परिक आकर्षण के कारण है। ठोस संरचना वाले पिंडों के गर्म होने के परिणामस्वरूप संवहन और विकिरण नहीं होते हैं। तापीय चालकता ऐसे पिंडों में इन परिघटनाओं को प्रतिस्थापित करती है और तापीय ऊर्जा के हस्तांतरण में योगदान करती है।
तथाकथित केशिका संवहन एक अलग प्रकार है। यह प्रक्रिया तब होती है जब पाइप के माध्यम से द्रव की गति के दौरान तापमान में परिवर्तन होता है। प्राकृतिक परिस्थितियों में, प्राकृतिक और मजबूर संवहन के साथ इस तरह के संवहन का महत्व अत्यंत महत्वहीन है। हालांकि, अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में, केशिका संवहन, विकिरण और सामग्री की तापीय चालकता बहुत महत्वपूर्ण कारक बन जाते हैं। भारहीन परिस्थितियों में सबसे कमजोर संवहन गति भी कुछ तकनीकी कार्यों को लागू करना मुश्किल बना देती है।
पृथ्वी की पपड़ी की परतों में संवहन
संवहन प्रक्रियाएं पृथ्वी की पपड़ी की मोटाई में गैसीय पदार्थों के प्राकृतिक गठन के साथ अटूट रूप से जुड़ी हुई हैं। ग्लोब को कई संकेंद्रित परतों से युक्त एक गोले के रूप में माना जा सकता है। बहुत केंद्र में एक विशाल गर्म कोर है, जो लोहे से युक्त एक उच्च घनत्व तरल द्रव्यमान है,निकल, साथ ही अन्य धातुएं।
पृथ्वी की कोर के लिए आसपास की परतें स्थलमंडल और अर्ध-तरल मेंटल हैं। ग्लोब की सबसे ऊपरी परत सीधे पृथ्वी की पपड़ी है। लिथोस्फीयर अलग-अलग प्लेटों से बनता है जो मुक्त गति में होती हैं, जो तरल मेंटल की सतह के साथ चलती हैं। मेंटल और चट्टानों के विभिन्न हिस्सों के असमान ताप के दौरान, जो विभिन्न संरचना और घनत्व में भिन्न होते हैं, संवहनी प्रवाह बनते हैं। इस तरह के प्रवाह के प्रभाव में ही समुद्र तल का प्राकृतिक परिवर्तन और असर वाले महाद्वीपों की गति होती है।
संवहन और ऊष्मा चालन के बीच अंतर
तापीय चालकता को भौतिक निकायों की परमाणु और आणविक यौगिकों की गति के माध्यम से गर्मी स्थानांतरित करने की क्षमता के रूप में समझा जाना चाहिए। धातुएँ ऊष्मा की सुचालक होती हैं, क्योंकि उनके अणु एक दूसरे के निकट संपर्क में होते हैं। इसके विपरीत, गैसीय और वाष्पशील पदार्थ ऊष्मा के कुचालक के रूप में कार्य करते हैं।
संवहन कैसे होता है? प्रक्रिया की भौतिकी पदार्थों के अणुओं के द्रव्यमान के मुक्त संचलन के कारण गर्मी के हस्तांतरण पर आधारित है। बदले में, तापीय चालकता पूरी तरह से एक भौतिक शरीर के घटक कणों के बीच ऊर्जा के हस्तांतरण में होती है। हालांकि, पदार्थ कणों की उपस्थिति के बिना दोनों प्रक्रियाएं असंभव हैं।
घटना के उदाहरण
संवहन का सबसे सरल और सबसे समझने योग्य उदाहरण एक साधारण रेफ्रिजरेटर की प्रक्रिया है। प्रसारप्रशीतन कक्ष के पाइपों के माध्यम से ठंडी फ्रीऑन गैस हवा की ऊपरी परतों के तापमान में कमी की ओर ले जाती है। तदनुसार, गर्म धाराओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है, ठंडे वाले नीचे डूब जाते हैं, इस प्रकार उत्पादों को ठंडा कर देते हैं।
रेफ्रिजरेटर के पिछले पैनल पर स्थित ग्रेट एक तत्व की भूमिका निभाता है जो गैस संपीड़न के दौरान इकाई के कंप्रेसर में बनने वाली गर्म हवा को हटाने की सुविधा प्रदान करता है। ग्रिड कूलिंग भी संवहनी तंत्र पर आधारित है। यही कारण है कि रेफ्रिजरेटर के पीछे की जगह को अव्यवस्थित करने की अनुशंसा नहीं की जाती है। आखिरकार, केवल इस मामले में, बिना किसी कठिनाई के शीतलन हो सकता है।
हवा की गति जैसी प्राकृतिक घटना को देखकर संवहन के अन्य उदाहरण देखे जा सकते हैं। शुष्क महाद्वीपों पर गर्म होना और कठोर भूभाग पर ठंडा होना, वायु धाराएं एक-दूसरे को विस्थापित करना शुरू कर देती हैं, जिससे वे हिलने लगती हैं, साथ ही नमी और ऊर्जा भी चली जाती है।
पक्षियों और ग्लाइडरों के उड़ने की संभावना संवहन से जुड़ी है। पृथ्वी की सतह के पास असमान तापन के साथ कम घनी और गर्म वायु द्रव्यमान, आरोही धाराओं के निर्माण की ओर ले जाती है, जो उड़ने की प्रक्रिया में योगदान करती है। शक्ति और ऊर्जा के खर्च के बिना अधिकतम दूरियों को दूर करने के लिए, पक्षियों को ऐसी धाराओं को खोजने की क्षमता की आवश्यकता होती है।
संवहन के अच्छे उदाहरण चिमनी और ज्वालामुखी क्रेटर में धुएं का बनना है। धुएँ की ऊपर की ओर गति उसके परिवेश की तुलना में उसके उच्च तापमान और कम घनत्व पर आधारित होती है। जैसे ही धुआं ठंडा होता है, यह धीरे-धीरे वातावरण की निचली परतों में बस जाता है। ठीक इसी वजह सेऔद्योगिक पाइप, जिसके माध्यम से हानिकारक पदार्थ वातावरण में छोड़े जाते हैं, जितना संभव हो उतना ऊंचा बनाया जाता है।
प्रकृति और प्रौद्योगिकी में संवहन का सबसे आम उदाहरण
प्रकृति, रोजमर्रा की जिंदगी और प्रौद्योगिकी में देखे जा सकने वाले सबसे सरल, आसानी से समझ में आने वाले उदाहरणों में से, हमें इस पर प्रकाश डालना चाहिए:
- घरेलू हीटिंग बैटरी के संचालन के दौरान वायु प्रवाह;
- बादलों का बनना और चलना;
- हवा, मानसून और हवा की गति की प्रक्रिया;
- विवर्तनिक पृथ्वी प्लेटों की शिफ्ट;
- प्रक्रियाएं जो मुक्त गैस निर्माण की ओर ले जाती हैं।
खाना पकाना
तेजी से, आधुनिक घरेलू उपकरणों में, विशेष रूप से ओवन में, संवहन की घटना का एहसास होता है। संवहन के साथ गैस कैबिनेट आपको एक ही समय में अलग-अलग तापमान पर अलग-अलग स्तरों पर अलग-अलग व्यंजन पकाने की अनुमति देता है। यह स्वाद और गंध के मिश्रण को पूरी तरह से खत्म कर देता है।
पारंपरिक ओवन हवा को गर्म करने के लिए एक ही बर्नर पर निर्भर करता है, जिसके परिणामस्वरूप असमान गर्मी वितरण होता है। एक विशेष पंखे की मदद से गर्म हवा की धाराओं के उद्देश्यपूर्ण संचलन के कारण, एक संवहन ओवन में व्यंजन रसदार और बेहतर पके हुए हो जाते हैं। ऐसे उपकरण तेजी से गर्म होते हैं, जिससे खाना पकाने में लगने वाला समय कम हो जाता है।
बेशक, उन गृहिणियों के लिए जो साल में केवल कुछ ही बार ओवन में खाना बनाती हैं, एक घरेलू उपकरण के साथसंवहन के कार्य को प्रथम आवश्यकता की तकनीक नहीं कहा जा सकता। हालांकि, जो लोग पाक प्रयोगों के बिना नहीं रह सकते, उनके लिए ऐसा उपकरण रसोई में बस अपरिहार्य हो जाएगा।
हमें उम्मीद है कि प्रस्तुत सामग्री आपके लिए उपयोगी थी। शुभकामनाएँ!
