संवहन गर्मी हस्तांतरण को अक्सर संवहन के रूप में संदर्भित किया जाता है, तरल पदार्थ की गति द्वारा एक स्थान से दूसरे स्थान पर गर्मी का स्थानांतरण होता है। संवहन आमतौर पर तरल पदार्थ और गैसों में गर्मी हस्तांतरण का प्रमुख रूप है।
संवहन तब होता है जब तरल या गैस के गर्म क्षेत्र तरल या गैस में ठंडे क्षेत्रों तक बढ़ जाते हैं। कूलर तरल या गैस फिर गर्म क्षेत्रों की जगह ले लेता है जो ऊंचे हो गए हैं। इसके परिणामस्वरूप एक सतत परिसंचरण पैटर्न होता है।
संवहन एक गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया है। जब धाराएँ उत्पन्न होती हैं, तो पदार्थ को एक स्थान से दूसरे स्थान पर ले जाया जाता है। तो, यह भी एक बड़े पैमाने पर स्थानांतरण प्रक्रिया है।
संवहन एक गर्म क्षेत्र से ठंडे क्षेत्र में पदार्थ के एक थोक, मैक्रोस्कोपिक आंदोलन के माध्यम से गर्मी का प्रवाह है, जैसा कि चालन से जुड़े परमाणुओं के बीच गर्मी के सूक्ष्म हस्तांतरण के विपरीत है।
मान लीजिए कि हम हवा के एक स्थानीय क्षेत्र को गर्म करने पर विचार करते हैं। जैसे ही यह हवा गर्म होती है, अणु फैल जाते हैं, जिससे यह क्षेत्र आसपास की, बिना गर्म हवा की तुलना में कम घना हो जाता है। आसपास की ठंडी हवा की तुलना में कम सघन होने के कारण, गर्म हवा बाद में उत्प्लावक बलों के कारण ऊपर उठेगी - गर्म हवा के ठंडे क्षेत्र में इस आंदोलन को संवहन द्वारा गर्मी स्थानांतरित करने के लिए कहा जाता है।
एक बर्तन में पानी का उबलना संवहन द्वारा ऊष्मा के स्थानान्तरण का एक अच्छा उदाहरण है। जब स्टोव को पहली बार चालू किया जाता है, तो पहले बर्तन के नीचे से पानी में तत्वों के बीच चालन द्वारा गर्मी को स्थानांतरित किया जाता है। हालांकि, अंततः, पानी बुदबुदाने लगता है, ये बुलबुले वास्तव में सतह पर उठने वाले गर्म पानी के स्थानीय क्षेत्र होते हैं, जिससे संवहन द्वारा गर्मी को नीचे के गर्म पानी से ऊपर ठंडे पानी में स्थानांतरित किया जाता है। उसी समय, शीर्ष पर ठंडा, अधिक घना पानी नीचे तक डूब जाएगा, जहां इसे बाद में गर्म किया जाता है।
संवहन का एक और अच्छा उदाहरण वातावरण में है। पृथ्वी की सतह सूर्य से गर्म होती है, गर्म हवा ऊपर उठती है और ठंडी हवा अंदर चली जाती है।
स्वाभाविक रूप से होने वाले संवहन को प्राकृतिक संवहन या मुक्त संवहन कहा जाता है। यदि किसी द्रव को पंखे या पंप से परिचालित किया जाता है, तो इसे जबरन संवहन कहा जाता है। संवहन धाराओं द्वारा निर्मित कोशिका को संवहन कोशिका या बेनार्ड कोशिका कहते हैं।
संवहन धाराओं का एक अन्य महत्वपूर्ण उदाहरण पानी के बड़े निकायों के बगल में भूमि के ऊपर हवा का निर्माण है। पानी में जमीन की तुलना में बड़ी गर्मी क्षमता होती है और बाद में गर्मी को बेहतर तरीके से रखती है। इसलिए, अपने तापमान को ऊपर या नीचे बदलने में अधिक समय लगता है। इस प्रकार, दिन के दौरान पानी के ऊपर की हवा जमीन की तुलना में ठंडी होगी। यह पानी के ऊपर उच्च दबाव क्षेत्र के सापेक्ष भूमि के ऊपर एक कम दबाव का क्षेत्र बनाता है, और बाद में पानी से जमीन पर बहने वाली हवाएं मिलती हैं। दूसरी ओर, रात के समय पानी जमीन की तुलना में अधिक धीरे-धीरे ठंडा होता है, और पानी के ऊपर की हवा जमीन की तुलना में थोड़ी गर्म होती है। यह भूमि पर उच्च दबाव क्षेत्र के सापेक्ष पानी के ऊपर एक कम दबाव का क्षेत्र बनाता है, और हवाएं जमीन से पानी की ओर चलेंगी।
ऊष्मा संवहन के प्रकार
ऊष्मा संवहन तीन प्रकार का होता है - प्राकृतिक, मजबूर और मिश्रित।
- जबरन संवहन - एक मामले में, द्रव गति द्वारा गर्मी को निष्क्रिय रूप से ले जाया जा सकता है, जो कि हीटिंग प्रक्रिया के बिना भी होता है, एक गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया को शिथिल रूप से मजबूर संवहन कहा जाता है।
- प्राकृतिक संवहन - दूसरे मामले में, खुद को गर्म करने से द्रव विस्तार और उछाल बलों के माध्यम से आगे बढ़ सकता है, जबकि साथ ही साथ इस गति से गर्मी को ले जाया जा सकता है - एक प्रक्रिया जिसे प्राकृतिक संवहन या मुक्त संवहन के रूप में जाना जाता है।
- मिश्रित (संयुक्त) संवहन मजबूर और मुक्त संवहन का एक संयोजन है जो संवहन का सामान्य मामला है जब एक बाहरी मजबूर प्रणाली (यानी, द्रव-सुव्यवस्थित शरीर प्रणाली को बाहरी ऊर्जा आपूर्ति) और आंतरिक वॉल्यूमेट्रिक दोनों द्वारा एक साथ प्रवाह निर्धारित किया जाता है। द्रव्यमान) बल, अर्थात, गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में द्रव माध्यम के असमान घनत्व वितरण द्वारा।
प्राकृतिक संवहन के कुछ दैनिक उदाहरण
- उबलता पानी - एक कटोरी में पानी उबालना भी संवहन सिद्धांत पर काम करता है। जब पानी गर्म होने लगता है, तो पानी के अणु फैल जाते हैं और बर्तन में चले जाते हैं। इस प्रकार, गर्मी को बर्तन के अन्य हिस्सों में स्थानांतरित कर दिया जाता है और गर्म पानी के ऊपर उठने पर ठंडा पानी डूबने लगता है।
- संवहन धाराओं का एक सरल उदाहरण एक घर की छत या अटारी की ओर उठने वाली गर्म हवा है। गर्म हवा ठंडी हवा की तुलना में कम घनी होती है, इसलिए यह ऊपर उठती है।
- पवन एक संवहन धारा का उदाहरण है। सूरज की रोशनी या परावर्तित प्रकाश गर्मी को विकीर्ण करता है, जिससे तापमान में अंतर पैदा होता है जिससे हवा चलती है। छायादार या नम क्षेत्र ठंडे होते हैं, या गर्मी को अवशोषित करने में सक्षम होते हैं, जो प्रभाव को जोड़ते हैं। संवहन धाराएं पृथ्वी के वायुमंडल के वैश्विक परिसंचरण को संचालित करने वाले तत्वों का हिस्सा हैं।
- गर्म पेय का भाप का प्याला - आपने देखा होगा कि एक कप गर्म चाय या कॉफी से भाप निकलती है। तरल पदार्थ की गर्मी के कारण गर्म हवा ऊपर उठती है। यह गर्म हवा भाप है।
- बर्फ का पिघलना - गर्मी हवा से बर्फ में चली जाती है। यह एक ठोस से तरल में पिघलने का कारण बनता है।
- गर्म हवा का गुब्बारा - गुब्बारे के अंदर एक हीटर हवा को गर्म करता है और इसलिए हवा ऊपर की ओर बढ़ती है। इससे गुब्बारा ऊपर उठता है क्योंकि गर्म हवा अंदर फंस जाती है। जब पायलट नीचे उतरना चाहता है, तो वह कुछ गर्म हवा छोड़ता है और ठंडी हवा उसकी जगह ले लेती है, जिससे गुब्बारा नीचे गिर जाता है।
- जमे हुए पदार्थ का पिघलना - जमे हुए भोजन को ठंडे बहते पानी में पानी में रखने की तुलना में अधिक तेज़ी से पिघलाया जाता है। बहते पानी की क्रिया भोजन में गर्मी को तेजी से स्थानांतरित करती है।
- गरज - महासागरों से गर्म पानी हवा में ऊपर उठता है और संतृप्त पानी की बूंदों में बदल जाता है जो बादलों का निर्माण करती है। जब यह प्रक्रिया जारी रहती है तो छोटे बादल आपस में टकराते हैं और बड़े बादल बनते हैं। विकास के अंतिम चरण में पहुंचने पर, क्यूम्यलोनिम्बस बादल या गरज के साथ बनते हैं।
मौसम विज्ञान और भूविज्ञान में संवहन
- मेंटल कन्वेक्शन - पृथ्वी का चट्टानी मेंटल संवहन धाराओं के कारण धीरे-धीरे चलता है जो पृथ्वी के आंतरिक भाग से सतह तक ऊष्मा को स्थानांतरित करते हैं। यही कारण है कि टेक्टोनिक प्लेट्स पृथ्वी के चारों ओर धीरे-धीरे घूमती हैं। प्लेट के बढ़ते किनारों पर गर्म सामग्री डाली जाती है और फिर इसे ठंडा किया जाता है। खपत के किनारों पर, सामग्री गर्मी से सिकुड़कर घनी हो जाती है और समुद्र की खाई में पृथ्वी में डूब जाती है। यह ज्वालामुखियों के निर्माण को ट्रिगर करता है।
- महासागरीय परिसंचरण - भूमध्य रेखा के चारों ओर गर्म पानी ध्रुवों की ओर घूमता है और ध्रुवों पर ठंडा पानी भूमध्य रेखा की ओर बढ़ता है।
- स्टैक या चिमनी प्रभाव - यह उछाल के कारण इमारतों, फ़्लूज़ या अन्य वस्तुओं के अंदर और बाहर हवा की गति है। इस मामले में, उछाल हवा के अंदर और बाहर हवा के बीच हवा में विभिन्न घनत्वों को संदर्भित करता है। संरचना की अधिक ऊंचाई और अंदर और बाहर की हवा के ताप स्तर के बीच अधिक अंतर के कारण उछाल बल बढ़ता है।
- एक तारे का संवहन - एक तारे का एक संवहन क्षेत्र होता है जहाँ ऊर्जा संवहन द्वारा चलती है। कोर के बाहर एक विकिरण क्षेत्र है जहां प्लाज्मा चलता है। एक संवहन धारा तब बनती है जब प्लाज्मा ऊपर उठता है और ठंडा प्लाज्मा उतरता है।
- गुरुत्वाकर्षण संवहन - यह दिखाता है कि जब सूखा नमक गीली मिट्टी में नीचे की ओर फैलता है क्योंकि खारे पानी में मीठे पानी की उछाल होती है।
- संवहन धाराएँ सूर्य में स्पष्ट होती हैं। सूर्य के प्रकाशमंडल में दिखाई देने वाले दाने संवहन कोशिकाओं के शीर्ष होते हैं। सूर्य और अन्य तारों के मामले में, द्रव या गैस के बजाय द्रव प्लाज्मा है।
मजबूर संवहन
यह वह जगह है जहां संवहन की सुविधा के लिए एक बाहरी उपकरण जैसे पंखा, पंप या सक्शन डिवाइस का उपयोग किया जाता है।
मजबूर संवहन के कुछ उदाहरण यहां दिए गए हैं:
- रेडिएटर - रेडिएटर में, मशीन के नीचे हीटिंग तत्व रखा जाता है। इस प्रकार, इस ताप तत्व से गर्म हवा को ठंडी हवा से बदल दिया जाता है।
- फ्रिज - फ्रीजर यूनिट को सबसे ऊपर रखा गया है। इसके पीछे कारण यह है कि रेफ्रिजरेटर के अंदर की गर्म हवा ऊपर उठेगी लेकिन फ्रीजर क्षेत्र की ठंडी हवा डूब जाएगी और रेफ्रिजरेटर के निचले हिस्से को गर्म रखेगी।
- एयर कंडीशनर - एयर कंडीशनर में कूलिंग यूनिट को सबसे ऊपर रखा जाता है। इस प्रकार, गर्म हवा शीतलन इकाई तक उठती है, इसे ठंडी हवा से बदल दिया जाता है, और कमरा ठंडा हो जाता है।
- हॉट एयर पॉपर - इसमें एक पंखा, एक हीटिंग एलिमेंट और एक वेंट होता है। जब पॉपर चालू होता है, तो पंखा वेंट के माध्यम से हीटिंग तत्व पर हवा उड़ाता है। हवा गर्म हो जाती है और इस प्रकार ऊपर उठती है। पॉपकॉर्न की गुठली को हीटिंग एलिमेंट के ठीक ऊपर रखा जाता है। गर्म हवा ऊपर उठती है और पॉपकॉर्न की गुठली गर्म होती है। इस तरह हमें अपना स्वादिष्ट पॉपकॉर्न मिलता है।
- संवहन ओवन - एक संवहन ओवन में, मजबूर संवहन के सिद्धांत का उपयोग किया जाता है। हीटिंग तत्वों का उपयोग करके डिब्बे में हवा को गर्म करने के लिए मजबूर किया जाता है। इस ताप के कारण वायु के अणु फैलते और गति करते हैं। इसी गर्म हवा के कारण अंदर का खाना पकता है।
- एयर-कूल्ड इंजन - एयर-कूल्ड इंजनों को उनके पानी के पाइप में संवहन धाराओं द्वारा ठंडा किया जाता है। लंबे समय तक चलने पर इंजन गर्म हो जाता है। जो गर्मी नष्ट हो जाती है उसे ठंडा करने की आवश्यकता होती है ताकि इंजन चालू रहे। इंजन एक वॉटर जैकेट से ढका होता है जिसे गर्म किया जाता है। इस हीटिंग के कारण, इंजन को घेरने वाले पाइपों से गर्म पानी बहता है। इन पाइपों में पंखे लगे होते हैं जिससे गर्म पानी ठंडा होता है। यह गर्म पानी, संवहन सिद्धांत द्वारा, नीचे डूब जाता है, जिससे इंजन ठंडा हो जाता है।
