ऊष्मीय प्रभाव

ऊष्मप्रवैगिकी में, एक सामग्री की ऊष्मीय प्रवाहशीलता, जिसे तापीय प्रतिक्रिया के रूप में भी जाना जाता है, अपने परिवेश के साथ तापीय ऊर्जा का आदान-प्रदान करने की क्षमता का एक उपाय है। इसे सामग्री की तापीय चालकता के उत्पाद के वर्गमूल के रूप में परिभाषित किया गया है ($$\lambda$$) और इसकी अनुमापी ताप क्षमता ($$\rho c_p$$).
 * $$e = \sqrt{\left(\lambda\rho c_p\right)}$$

तापीय प्रभावोत्पादकता के लिए इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली हैं $${\rm W} \sqrt / ({\rm m^2 K})$$, या, समकक्ष, $${\rm J} / ( {\rm m^2 K}\sqrt)$$. अर्ध-अनंत कठोर शरीर के लिए सामग्री की तापीय जड़ता के लिए ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता एक अच्छा सन्निकटन है, जहां केवल प्रवाहकत्त्व की विसारक प्रक्रिया द्वारा ऊष्मा हस्तांतरण का प्रभुत्व होता है।

ऊष्मीय बहाव एक पैरामीटर है जो एक पतली सतह जैसे क्षेत्र के माध्यम से गर्मी के प्रवाह के लिए गर्मी समीकरण के समाधान को लागू करने पर उभरता है। यह विशेष रूप से तब उपयोगी हो जाता है जब किसी सामग्री की वास्तविक सतह के निकट क्षेत्र का चयन किया जाता है। प्रवाहशीलता और थर्मोडायनामिक संतुलन को जानना # दो भौतिक निकायों में से प्रत्येक का समान तापमान तब उनके इंटरफ़ेस तापमान का अनुमान लगाने में सक्षम बनाता है $$T_m$$ जब थर्मल संपर्क में रखा गया।
 * $$T_m = \frac{e_1 T_1 + e_2 T_2}{e_1+e_2}$$

पुतलेपन को मापने के लिए इस संबंध के आधार पर विशेष सेंसर भी विकसित किए गए हैं।

ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता और ऊष्मीय प्रसार संबंधित मात्राएँ हैं; क्रमशः एक उत्पाद बनाम एक सामग्री के मौलिक परिवहन और भंडारण गुणों का अनुपात। विसरणशीलता उष्मा समीकरण में स्पष्ट रूप से प्रकट होती है, जो एक ऊर्जा संरक्षण समीकरण है, और उस गति को मापता है जिस पर किसी पिंड द्वारा ऊष्मीय संतुलन तक पहुँचा जा सकता है। इसके विपरीत एक शरीर की प्रवाहशीलता (जिसे कभी-कभी जड़ता, संचय, प्रतिक्रिया आदि भी कहा जाता है) एक समय-आवधिक, या इसी तरह परेशान करने वाले, मजबूर कार्य (अंतर समीकरण) के अधीन होने पर तापमान परिवर्तन का विरोध करने की क्षमता होती है।

संपर्क सतह पर तापमान
यदि दो अर्ध-अनंत शरीर शुरू में तापमान पर $$T_1$$ और $$T_2$$ सही थर्मल संपर्क में लाया जाता है, संपर्क सतह पर तापमान $$T_m$$ उनके सापेक्ष प्रभाव के आधार पर एक भारित माध्य होगा। इस रिश्ते को एक बहुत ही सरल कंट्रोल वॉल्यूम बैक-ऑफ-द-लिफाफा गणना के साथ प्रदर्शित किया जा सकता है:

निम्नलिखित 1D ऊष्मा चालन समस्या पर विचार करें। क्षेत्र 1 सामग्री 1 है, प्रारंभ में समान तापमान पर $$T_1$$, और क्षेत्र 2 सामग्री 2 है, शुरू में एक समान तापमान पर $$T_2$$. कुछ समय दिया $$\Delta t$$ संपर्क में लाए जाने के बाद, गर्मी दो सामग्रियों के बीच की सीमा के पार फैल गई होगी। किसी पदार्थ की उष्मीय विसारकता होती है $$\alpha = \lambda/(\rho c_p)$$. गर्मी समीकरण (या प्रसार समीकरण) से, एक विशिष्ट प्रसार लंबाई $$ \Delta x_1 $$ सामग्री 1 में है
 * $$\Delta x_1 \simeq \sqrt{\alpha_1 \cdot \Delta t}$$, कहाँ $$\alpha_1 = \lambda_1 / (\rho c_p)_1 $$.

इसी तरह, एक विशेषता प्रसार लंबाई $$ \Delta x_2 $$ सामग्री 2 में है
 * $$\Delta x_2 \simeq \sqrt{\alpha_2 \cdot \Delta t}$$, कहाँ $$\alpha_2 = \lambda_2 / (\rho c_p)_2 $$.

मान लें कि दो सामग्रियों के बीच की सीमा के दोनों ओर विशेषता प्रसार लंबाई के भीतर का तापमान समान रूप से संपर्क तापमान पर है $$ T_m $$ (यह नियंत्रण-मात्रा दृष्टिकोण का सार है)। ऊर्जा का संरक्षण यह तय करता है
 * $$ \Delta x_1 (\rho c_p)_1 (T_1 - T_m) = \Delta x_2 (\rho c_p)_2 ( T_m - T_2 ) $$.

के लिए उपरोक्त भावों का प्रतिस्थापन $$\Delta x_1$$ और $$ \Delta x_2 $$ और उन्मूलन $$ \Delta t $$ संपर्क तापमान के लिए एक अभिव्यक्ति देता है।
 * $$T_m = T_1 + \left(T_2 - T_1\right)\frac{e_2}{e_2 + e_1}=\frac{e_1 T_1 + e_2 T_2}{e_1+e_2}$$

यह अभिव्यक्ति पूर्ण तापीय संपर्क में अर्ध-अनंत पिंडों के लिए हर समय मान्य है। परिमित पिंडों के प्रारंभिक संपर्क तापमान के लिए यह एक अच्छा पहला अनुमान है।

भले ही अंतर्निहित ऊष्मा समीकरण परवलयिक है और अतिशयोक्तिपूर्ण नहीं है (अर्थात यह तरंगों का समर्थन नहीं करता है), अगर हम किसी मोटे अर्थ में खुद को तापमान में उछाल के बारे में सोचने की अनुमति देते हैं क्योंकि दो सामग्रियों को एक संकेत के रूप में संपर्क में लाया जाता है, तो संचरण तापमान संकेत 1 से 2 तक है $$ e_1 / (e_1 + e_2) $$. स्पष्ट रूप से, इस सादृश्यता का उपयोग सावधानी के साथ किया जाना चाहिए; अन्य चेतावनियों के बीच, यह केवल एक क्षणिक अर्थ में लागू होता है, मीडिया के लिए जो पर्याप्त रूप से बड़े हैं (या समय के पैमाने काफी कम हैं) को प्रभावी रूप से असीमित माना जाता है।

मानव त्वचा द्वारा महसूस की गई गर्मी
ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता का एक अनुप्रयोग सामग्री की शीतलता या गर्माहट का अर्ध-गुणात्मक माप है, जिसे थर्मोसेप्शन के रूप में भी जाना जाता है। यह कपड़ा, कपड़े और निर्माण सामग्री के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण मीट्रिक है। तापमान के बजाय, त्वचा थर्मोरेसेप्टर्स गर्मी के अंदरूनी या बाहरी प्रवाह के प्रति अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं। इस प्रकार, कमरे के तापमान के पास समान तापमान होने के बावजूद, एक उच्च प्रवाहकता वाली धातु वस्तु को ठंडा पाया जाता है जबकि कम बहाव वाले कपड़े को गर्म होने के रूप में महसूस किया जाता है।

ग्रह विज्ञान
ग्रहों की सतहों के लिए, वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता#थर्मल जड़ता एक प्रमुख घटना है जो दैनिक चक्र और मौसमी सतह तापमान भिन्नताओं को नियंत्रित करती है। मंगल जैसे स्थलीय ग्रह की ऊष्मीय जड़ता को इसके निकट-सतह भूगर्भिक सामग्रियों की तापीय प्रवाहशीलता से अनुमानित किया जा सकता है। रिमोट सेंसिंग अनुप्रयोगों में, थर्मल जड़ता कण आकार, रॉक बहुतायत, बेडरॉक आउटक्रॉपिंग और इंडरेशन की डिग्री (यानी मोटाई और कठोरता) के एक जटिल संयोजन का प्रतिनिधित्व करती है। कभी-कभी दैनिक तापमान वक्र के आयाम (अर्थात् अधिकतम माइनस न्यूनतम सतह तापमान) से ऊष्मीय जड़त्व का एक मोटा सन्निकटन प्राप्त किया जाता है। कम ऊष्मीय प्रवाहशीलता वाली सामग्री का तापमान दिन के दौरान महत्वपूर्ण रूप से बदलता है, जबकि उच्च तापीय प्रवाहकता वाली सामग्री का तापमान बहुत अधिक नहीं बदलता है। सतह की ऊष्मीय जड़ता को समझने और समझने से उस सतह की छोटी-छोटी विशेषताओं को पहचानने में मदद मिल सकती है। अन्य डेटा के संयोजन के साथ, थर्मल जड़ता इन सामग्रियों को बनाने के लिए जिम्मेदार सतह सामग्री और भूगर्भीय प्रक्रियाओं को चिह्नित करने में मदद कर सकती है। पृथ्वी पर, वैश्विक महासागर की ऊष्मीय जड़ता जलवायु प्रतिबद्धता को प्रभावित करने वाला एक प्रमुख कारक है, ग्लोबल वार्मिंग की डिग्री का अनुमान अंततः जलवायु परिवर्तन में एक कदम परिवर्तन से होता है, जैसे कि वायुमंडलीय ग्रीन हाउस गैसें में एक निश्चित वृद्धि। विशेष रूप से ऊपरी मिश्रित परत के माध्यम से संवहन ताप हस्तांतरण के कारण महासागरीय तापीय जड़ता भूमि जड़ता से बहुत अधिक है। स्थिर और जमे हुए पानी के ऊष्मीय प्रवाह बहु-स्तरित महासागर की विशाल तापीय जड़ता को कम आंकते हैं।

थर्मोग्राफिक निरीक्षण
थर्मोग्राफिक निरीक्षण में विभिन्न प्रकार के गैर-विनाशकारी परीक्षण विधियों को शामिल किया गया है जो स्थानांतरण माध्यम के माध्यम से गर्मी प्रसार की लहर जैसी विशेषताओं का उपयोग करते हैं। इन विधियों में पल्स-इको थर्मोग्राफी और थर्मल वेव इमेजिंग शामिल हैं। निरीक्षण की जा रही सामग्रियों की ऊष्मीय प्रभावोत्पादकता और विसारकता गणितीय मॉडलिंग को सरल बनाने और इस प्रकार इन तकनीकों के परिणामों की व्याख्या करने में मदद कर सकती है।

मापन व्याख्या
जब किसी सामग्री को सतह से किसी क्षणिक विधि या उपकरण द्वारा कम परीक्षण समय के साथ मापा जाता है, तो गर्मी हस्तांतरण तंत्र में आम तौर पर चालन, संवहन और विकिरण शामिल होते हैं। चालन कमरे के तापमान के पास और नीचे ठोस निकायों के तापीय व्यवहार पर हावी हो सकता है।

सेंसर और नमूने के बीच एक थर्मल संपर्क प्रतिरोध (सतह खुरदरापन, ऑक्सीकरण, अशुद्धियों आदि के कारण) भी मौजूद हो सकता है। उच्च ताप अपव्यय (बड़े तापमान अंतरों द्वारा संचालित) के मूल्यांकन इसी तरह एक इंटरफेसियल थर्मल प्रतिरोध से प्रभावित हो सकते हैं। इन सभी कारकों, शरीर के परिमित आयामों के साथ, माप के निष्पादन और परिणामों की व्याख्या के दौरान विचार किया जाना चाहिए।

चयनित सामग्रियों और पदार्थों की ऊष्मीय प्रवाहशीलता
यह कुछ सामान्य पदार्थों की ऊष्मीय प्रवाहशीलता की सूची है, जिसका मूल्यांकन कमरे के तापमान पर किया जाता है जब तक कि अन्यथा इंगित न किया गया हो।

(*) न्यूनतम संवहन

यह भी देखें

 * ताप की गुंजाइश
 * ऊष्मा समीकरण
 * विशिष्ट गर्मी की क्षमता
 * ऊष्मीय विसरणशीलता