चित्रमय व्याख्या के साथ तापमान प्रवणता को परिभाषित करें। तापमान क्षेत्र
परिचय
विश्वसनीय प्रदर्शनऊष्मा-तकनीकी उपकरण प्रकृति के नियमों के बारे में मौलिक ज्ञान, कुछ समस्याओं को हल करने के लिए उनका उपयोग करने की क्षमता और एक गणितीय उपकरण पर आधारित है जो आपको चल रही प्रक्रियाओं और स्वयं उपकरणों की सटीक गणना करने की अनुमति देता है। यह, बदले में, ईंधन उत्पादन और ऊर्जा उत्पादन में वृद्धि के साथ-साथ सभी उद्योगों में एक सक्रिय ऊर्जा-बचत नीति लागू करने की अनुमति देता है। राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था. बहुमत आधुनिक निर्माणताप-तकनीकी प्रक्रियाओं के साथ होते हैं, जिनका सही आचरण उत्पादों की उत्पादकता और गुणवत्ता निर्धारित करता है। इस संबंध में, साथ ही अपशिष्ट-मुक्त प्रौद्योगिकी बनाने और सुरक्षा की समस्याओं के साथ पर्यावरणएक विज्ञान के रूप में हीट इंजीनियरिंग की भूमिका, जिसका सैद्धांतिक आधार गर्मी हस्तांतरण है, काफी बढ़ गई है।
गर्मी का हस्तांतरणऊष्मा स्थानांतरण के नियमों का अध्ययन करता है। शोध से पता चलता है कि ऊष्मा स्थानांतरण एक जटिल प्रक्रिया है। अध्ययन करते समय इसे विभाजित किया जाता है साधारण घटना. पाठ्यक्रम का उद्देश्य सरल और सरल अध्ययन करना है जटिल प्रक्रियाएँविभिन्न वातावरणों में ऊष्मा स्थानांतरण।
बुनियादी अवधारणाएँ और परिभाषाएँ
हीट ट्रांसफर के तरीके
ऊष्मा स्थानांतरण तीन प्रकार के होते हैं: चालन, संवहन और तापीय विकिरण।
ऊष्मीय चालकता- अधिक के साथ शरीर के वर्गों के बिंदुओं से गर्मी के सहज हस्तांतरण की प्रक्रिया उच्च तापमाननिचले हिस्से के साथ शरीर के अंगों के बिंदुओं तक। चालन द्वारा, ऊष्मा को ठोस, तरल और गैसों के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है।
कंवेक्शन- एक तापमान वाले वातावरण से दूसरे तापमान वाले वातावरण में तरल या गैस के द्रव्यमान का संचलन। यदि गति गर्म और ठंडे कणों के घनत्व में अंतर के कारण होती है, तो यह है प्राकृतिक संवहन, यदि दबाव अंतर है मजबूर संवहन. द्रवों और गैसों में ऊष्मा का स्थानांतरण संवहन द्वारा होता है।
ऊष्मीय विकिरण- किसी विकिरणित पिंड से ऊष्मा के प्रसार की प्रक्रिया विद्युतचुम्बकीय तरंगें. यह तापमान और के कारण है ऑप्टिकल गुणविकिरणित शरीर ( एसएनएफ, त्रिपरमाणुक और बहुपरमाणुक गैसें)।
ठोसों में ऊष्मा का स्थानांतरण केवल चालन द्वारा होता है। निर्वात में स्थित पिंडों के बीच विकिरण द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण होता है। संवहन, एक नियम के रूप में, ऊष्मा चालन के साथ-साथ आगे बढ़ता है।
संवहन और चालन द्वारा ऊष्मा के संयुक्त स्थानांतरण को कहा जाता है संवहन ताप स्थानांतरण.
सतह और आसपास के माध्यम के बीच संवहन ताप स्थानांतरण को कहा जाता है गर्मी लंपटता.
ऊष्मा का एक साथ दो या तीन प्रकार से स्थानांतरण कहलाता है जटिल ताप स्थानांतरण.
उन्हें अलग करने वाली दीवार के माध्यम से एक माध्यम से दूसरे माध्यम में ऊष्मा का स्थानांतरण कहलाता है गर्मी का हस्तांतरण.
ऊष्मा स्थानांतरण नियम
तापीय चालन द्वारा हस्तांतरित ऊष्मा का वर्णन किया गया है फूरियर कानून, जिसके अनुसार घनत्व वेक्टर गर्मी का प्रवाहआनुपातिक तापमान प्रवणता:
ऊष्मा प्रवाह, ऊष्मा की मात्रा और ऊष्मा प्रवाह घनत्व निम्नलिखित संबंधों से संबंधित हैं:
जहाँ F, समतापीय सतह का क्षेत्रफल है, मी 2; Δ - समय अंतराल, एस।
समीकरण (1.3) λ में आनुपातिकता का गुणांक कहा जाता है ऊष्मीय चालकताऔर ऊष्मा को स्थानांतरित करने के लिए निकायों की क्षमता को दर्शाता है। इस मान का आयाम W/(m K) है। तापीय चालकता गुणांक निकायों की संरचना, घनत्व, आर्द्रता, दबाव और तापमान पर निर्भर करता है। तापीय चालकता गुणांक के मान प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किए जाते हैं और सभी निकायों (धातुओं, भवन और इन्सुलेशन सामग्री, तरल पदार्थ, गैसों) के लिए संदर्भ साहित्य में निहित होते हैं। धातुओं में तापीय चालकता गुणांक सबसे अधिक होता है, जबकि थर्मल इन्सुलेशन सामग्री और गैसों में सबसे कम होता है।
क्योंकि शरीर कर सकते हैं अलग तापमान, उदाहरण के लिए, टी 1 से टी 2 तक, तब गणना की जाती है औसतकिसी दिए गए तापमान रेंज के लिए तापीय चालकता गुणांक (λ cf) का मान। यदि संदर्भ पुस्तक में मान λ = f (t) एक तालिका के रूप में दिए गए हैं, तो किसी दिए गए तापमान सीमा के लिए λ cf प्राप्त करना मुश्किल नहीं है। हैंडबुक में कई सामग्रियों के लिए, रैखिक निर्भरताλ = एफ(टी):
λ(t) = λ o (a ± bt), (1.6)
जहां ए, बी किसी विशेष सामग्री में निहित निरंतर गुणांक हैं। यदि आप (1.6) और (1.7) को संयुक्त रूप से हल करते हैं तो तापमान सीमा टी 1 -1 2 में λ सीएफ की गणना करने का सूत्र प्राप्त करना आसान है:
(1.7)
. (1.8)
इस तकनीक का उपयोग किसी भी गैर-रेखीय निर्भरता λ(t) के लिए गणना सूत्र λ cf प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है।
संवहन ताप स्थानांतरणतापमान tc वाली सतह और उसके चारों ओर तापमान tw वाले माध्यम के बीच वर्णन किया गया है न्यूटन-रिचमैन नियम, जिसके अनुसार ताप प्रवाह घनत्व q दीवार और माध्यम के बीच तापमान अंतर के समानुपाती होता है:
सूत्र (1.4) और (1.5) का उपयोग करके, हम क्यू और क्यू की गणना कर सकते हैं।
समीकरण (1.9) में आनुपातिकता का गुणांक α कहलाता है गर्मी हस्तांतरण गुणांकऔर सतह और आसपास के माध्यम के बीच संवहनी ताप हस्तांतरण की प्रक्रिया की तीव्रता को दर्शाता है। यह स्वीकार किया जाता है कि सतह को धोने वाले माध्यम (गैस, पानी, कोई भी गर्मी वाहक) को "तरल" कहा जाता है और माध्यम के तापमान को दर्शाता है - टी अच्छी तरह से।
ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक तापमान tc और tf पर तरल की गति और गुणों, आकार, आकार, सतह अभिविन्यास आदि पर निर्भर करता है। विभिन्न स्थितियाँऊष्मा अंतरण की गणना विशेष समीकरणों द्वारा की जाती है।
ऊष्मा स्थानांतरण के दौरान अभिन्न ऊष्मा प्रवाह घनत्व विकिरणसूत्र द्वारा गणना की गई
(1.10)
समीकरण (1.10) में, आनुपातिकता का गुणांक विकिरण करने वाले शरीर (ε) की उत्सर्जन की डिग्री है, जो ऊर्जा उत्सर्जित और अवशोषित करने की इसकी क्षमता को दर्शाता है। ठोस पदार्थों के लिए, ε का मान संदर्भ पुस्तकों में दिया गया है, गैसों को उत्सर्जित करने के लिए, उनकी गणना नॉमोग्राम का उपयोग करके की जाती है।
अभिव्यक्ति
कानून के रूप में जाना जाता है स्टीफ़न - बोल्ट्ज़मैन, जो ऊष्मा प्रवाह घनत्व और एक काले शरीर के तापमान के बीच संबंध का वर्णन करता है। पूरी तरह से काले शरीर की उत्सर्जन क्षमता c o \u003d 5.67 W / (m 2 K 4)।
विशिष्टता की स्थितियाँ
विभेदक समीकरण कई ताप संचालन प्रक्रियाओं का वर्णन करता है। इस सेट से किसी विशिष्ट प्रक्रिया को अलग करने के लिए, इस प्रक्रिया की विशेषताओं को तैयार करना आवश्यक है, जिन्हें कहा जाता है विशिष्टता की स्थितिऔर इसमें शामिल हैं:
– ज्यामितीय स्थितियाँशरीर के आकार और आकृति का वर्णन करना;
– भौतिक स्थितियों ताप विनिमय में भाग लेने वाले निकायों के गुणों का वर्णन करना;
– सीमा की स्थितियाँशरीर की सीमा पर प्रक्रिया की स्थितियों को चिह्नित करना;
– आरंभिक स्थितियांसिस्टम की प्रारंभिक स्थिति को चिह्नित करना गैर-स्थिर प्रक्रियाएं.
ऊष्मा चालन की समस्याओं को हल करते समय, ये हैं:
– पहली तरह की सीमा शर्तें, शरीर की सतह पर तापमान वितरण दिया गया है:
tc = f(x, y, z, τ) या t c = const;
– सीमा की स्थितियाँ दूसरे प्रकार का, शरीर की सतह पर ऊष्मा प्रवाह घनत्व निर्धारित है:
क्यू सी = एफ(एक्स, वाई, जेड, τ) या क्यू सी = स्थिरांक;
– सीमा की स्थितियाँ तीसरी तरह, माध्यम tW का तापमान और सतह और माध्यम के बीच ताप अंतरण गुणांक निर्धारित किया जाता है।
न्यूटन-रिचमैन नियम के अनुसार, ताप प्रवाह को सतह के 1 मीटर 2 से t W तापमान वाले माध्यम में स्थानांतरित किया जाता है:
क्यू \u003d α (टी सी - टी अच्छी तरह से)।
साथ ही, यह ऊष्मा प्रवाह तापीय चालकता द्वारा शरीर की गहरी परतों से सतह के 1 मी 2 तक आपूर्ति की जाती है
फिर समीकरण ताप संतुलनशरीर की सतह के लिए प्रपत्र में लिखा जाएगा
(1.15)
समीकरण (1.15) तीसरे प्रकार की सीमा स्थितियों का गणितीय सूत्रीकरण है।
विभेदक समीकरणों की प्रणाली, विशिष्टता स्थितियों के साथ मिलकर, समस्या का गणितीय सूत्रीकरण है। विभेदक समीकरणों के समाधान में एकीकरण स्थिरांक होते हैं, जो विशिष्टता स्थितियों का उपयोग करके निर्धारित किए जाते हैं।
प्रश्नों पर नियंत्रण रखेंऔर कार्य
1. ऊष्मा का स्थानांतरण किन-किन तरीकों से होता है गर्म पानीहीटिंग रेडिएटर की दीवार के माध्यम से हवा तक: पानी से भीतरी सतह तक, दीवार के माध्यम से, बाहरी सतह से हवा तक।
2. समीकरण (1.3) के दाईं ओर ऋण को स्पष्ट करें?
3. संदर्भ साहित्य का उपयोग करते हुए, धातुओं, मिश्र धातुओं, गर्मी-रोधक सामग्री, गैसों, तरल पदार्थों के लिए निर्भरता λ(t) का विश्लेषण करें और प्रश्न का उत्तर दें: इन सामग्रियों के लिए तापीय चालकता का गुणांक तापमान के साथ कैसे बदलता है?
4. संवहन ताप स्थानांतरण, तापीय चालकता, तापीय विकिरण के दौरान ताप प्रवाह (क्यू, डब्ल्यू) कैसे निर्धारित किया जाता है?
5. कार्तीय निर्देशांक में तापीय चालकता का विभेदक समीकरण लिखिए, जो आंतरिक ताप स्रोतों के बिना द्वि-आयामी स्थिर तापमान क्षेत्र का वर्णन करता है।
6. अवकल समीकरण लिखिए तापमान क्षेत्रएक तार के लिए जो निरंतर विद्युत भार से सक्रिय होता है।
स्थिर मोड में
पहली तरह की शर्तें
दिया गया: मोटाई की सपाट सजातीय दीवार δ (चित्र 2.1) के साथ स्थिर गुणांकतापीय चालकता λ और स्थिर तापमानसतहों पर टी 1 और टी 2।
परिभाषित करना: तापमान क्षेत्र समीकरण t = f (x) और ऊष्मा प्रवाह घनत्व q, W/m 2।
दीवार के तापमान क्षेत्र का वर्णन विभेदक ऊष्मा चालन समीकरण (1.3) द्वारा किया जाता है निम्नलिखित शर्तें:
-स्थिर मोड;
qv = 0, चूँकि कोई नहीं है आंतरिक स्रोतगर्मी;
चूँकि दीवार की सतहों पर तापमान t 1 और t 2 स्थिर हैं।
दीवार का तापमान केवल एक x-निर्देशांक का कार्य है और समीकरण (1.13) बन जाता है
क्योंकि दीवार की तापीय विसरणशीलता का गुणांक a≠0. पहली तरह की सीमा शर्तें:
x = 0 t = t 1 पर, (2.2)
x = δ t = t 2 पर। (2.3)
अभिव्यक्ति (2.1), (2.2), (2.3) समस्या का गणितीय सूत्रीकरण है, जिसका समाधान हमें वांछित तापमान क्षेत्र समीकरण t=f(x) प्राप्त करने की अनुमति देगा।
समीकरण (2.1) का एकीकरण देता है
बार-बार एकीकरण करने पर, हमें विभेदक समीकरण का समाधान रूप में प्राप्त होता है
टी = सी 1 एक्स + सी 2 (2.4)
स्थिति (2.2) के तहत समीकरण (2.4) से हम t 1 = c 2 प्राप्त करते हैं, और स्थिति (2.3) के तहत t 2 = c 1 δ+t 1, जहाँ से
समीकरण (2.4) में 1 और सी 2 के साथ एकीकरण के स्थिरांक को प्रतिस्थापित करने पर प्राप्त होता है तापमान क्षेत्र समीकरण:
(2.5)
निर्भरता t = f(x), (2.5) के अनुसार, एक सीधी रेखा है (चित्र 2.1), जो λ = स्थिरांक के लिए सत्य है।
दीवार से गुजरने वाले ऊष्मा प्रवाह का घनत्व निर्धारित करने के लिए, हम फूरियर नियम का उपयोग करते हैं:
ध्यान में रखना हम पाते हैं गणना सूत्रएक सपाट दीवार के माध्यम से प्रेषित ऊष्मा प्रवाह घनत्व के लिए,
गर्मी का प्रवाह, दीवार क्षेत्र एफ की सतह के माध्यम से प्रेषित, सूत्र द्वारा गणना की जाती है।
(2.7)
सूत्र (2.6) को इस प्रकार लिखा जा सकता है
मान कहा जाता है तापीय चालकता तापीय प्रतिरोधसपाट दीवार.
समीकरण qR \u003d t 1 - t 2 के आधार पर, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि दीवार का थर्मल प्रतिरोध दीवार की मोटाई में तापमान अंतर के सीधे आनुपातिक है।
तापमान, λ(t) पर तापीय चालकता गुणांक की निर्भरता को ध्यान में रखना संभव है, यदि हम तापमान अंतराल t 1 - t 2 के लिए λ cf के मानों को समीकरणों (2.6) और (2.7) में प्रतिस्थापित करते हैं। .
तापीय चालकता पर विचार करें बहुपरत सपाट दीवार, तीन परतों से मिलकर बना है (चित्र 2.2)।
दिया गया: δ 1 , δ 2 , δ 3 , λ 1 , λ 2 , λ 3 , t 1 = स्थिरांक, t 4 = स्थिरांक।
परिभाषित करना: क्यू, डब्ल्यू/एम 2 ; टी 2 , टी 3 .
दीवार की सतहों के स्थिर मोड और निरंतर तापमान में, तीन-परत की दीवार के माध्यम से प्रेषित गर्मी प्रवाह को समीकरणों की प्रणाली द्वारा दर्शाया जा सकता है:
(2.8)
समीकरणों (2.9) के बाएँ और दाएँ भागों को जोड़ने पर, हम तीन-परत की दीवार के माध्यम से प्रेषित ऊष्मा प्रवाह घनत्व की गणना सूत्र प्राप्त करते हैं:
(2.10)
परतों t 2 और t 3 की सीमाओं पर तापमान की गणना समीकरण (2.8) का उपयोग करके की जा सकती है, जब ऊष्मा प्रवाह घनत्व (q) (2.10) का उपयोग करके पाया जाता है।
सामान्य फ़ॉर्मएक बहुपरत सपाट दीवार के लिए समीकरण (2.10) जिसमें बाहरी सतहों पर स्थिर तापमान के साथ n सजातीय परतें होती हैं और, का रूप होता है
बहुपरत दीवार की तापीय चालकता का औसत गुणांक कहलाता है असरदार(λ प्रभाव). यह एक सजातीय दीवार की तापीय चालकता के बराबर है, जिसकी मोटाई और तापीय प्रतिरोध एक बहुपरत दीवार की मोटाई और तापीय प्रतिरोध के बराबर है।
समस्या समाधान उदाहरण
ईंधन तत्व यूरेनियम (λ = 31 W/m K) से एक पाइप (चित्र 3.7) के रूप में बना है जिसका आंतरिक व्यास d 1 = 14 मिमी, बाहरी d 2 = 24 मिमी है।
गर्मी रिलीज की मात्रा घनत्व q v \u003d 5 1O 7 W / m 3। टीवीईएल सतहों को δ = 0.5 मिमी की मोटाई के साथ कसकर फिट होने वाले स्टेनलेस स्टील के गोले (λ c = 20 W/m K) से ढका गया है। ईंधन तत्व को कार्बन डाइऑक्साइड (CO 2) के साथ गोले की आंतरिक और बाहरी सतहों पर t \u003d 200 ° C और t \u003d 240 ° C के साथ ठंडा किया जाता है। शेल सतहों से गैस α 1 \u003d 520 तक गर्मी हस्तांतरण गुणांक डब्ल्यू / एम 2 के, α 2 \u003d 560 डब्ल्यू / एम 2 के। ईंधन तत्व का अधिकतम तापमान (टी अधिकतम), गोले की सतहों पर तापमान (और टी) और यूरेनियम की सतहों पर (टी 1 और टी 2), साथ ही गर्मी प्रवाह (क्यू 1 और क्यू) निर्धारित करें 2) लंबाई के संदर्भ में ईंधन तत्व की सतह से हटा दिया गया एल= 1मी.
समाधान
ईंधन तत्व एक बेलनाकार दीवार है जिसमें आंतरिक गर्मी रिलीज होती है, जो बाहरी और ठंडी होती है आंतरिक सतहें(धारा 3.3). ईंधन तत्व की सतहों पर स्टील के गोले की उपस्थिति में और प्रारंभिक डेटा को ध्यान में रखते हुए, लिखना संभव है अगली प्रणालीसमीकरण:
(3.48)
(3.49)
(3.50)
(3.51)
(3.52)
समीकरणों की प्रणाली (3.48) - (3.52) में पांच अज्ञात शामिल हैं: क्यू 1 , क्यू 2 , टी 1 , टी 2 , आर 0 और पारस्परिक प्रतिस्थापन की विधि द्वारा हल किया जाता है। समाधान के परिणामस्वरूप, आवश्यक मान निर्धारित किए जाते हैं:
क्यू 1 = 6286 डब्ल्यू; क्यू 2 = 10199 डब्ल्यू; टी 1 = 459 डिग्री सेल्सियस; टी 2 = 458 ओ सी; आर ओ = 10.2 मिमी।
स्टील के गोले की सतहों पर तापमान (), साथ ही अधिकतम तापमानटीवीईएल (टी अधिकतम) की गणना सूत्रों द्वारा की जाती है
और = 457 डिग्री सेल्सियस, = 455 डिग्री सेल्सियस, टी अधिकतम = 463 डिग्री सेल्सियस के बराबर हैं।
जवाब: क्यू 1 = 6 286 डब्ल्यू; क्यू 2 = 10 199 डब्ल्यू; टी 1 = 459 डिग्री सेल्सियस; टी 2 = 458 ओ सी; आर लगभग = 10.2 मिमी;
457°C; = 455 °С; tmax = 463 o C.
विकिरण द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण
तापीय विकिरण की बुनियादी अवधारणाएँ और नियम
ऊष्मीय विकिरण- यह विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा शरीर की आंतरिक ऊर्जा के वितरण की प्रक्रिया है। को ऊष्मीय विकिरणअवरक्त और दृश्य विकिरण शामिल करें, जिसकी तरंग दैर्ध्य सीमा λ = 0.4 - 800 μm है। ठोस पदार्थ एक निश्चित सीमा में सभी तरंग दैर्ध्य की ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं, यानी, उनके पास एक निरंतर उत्सर्जन स्पेक्ट्रम होता है।
ठोस पदार्थ सतह परत द्वारा ऊर्जा उत्सर्जित और अवशोषित करते हैं, इसलिए उनके विकिरण (अवशोषण) की तीव्रता सतह के तापमान और स्थिति (चिकनी, खुरदरी, काली, सफेद, आदि) पर निर्भर करती है।
एक मनमानी सतह F के माध्यम से 1 s में स्थानांतरित विकिरण ऊर्जा की मात्रा को कहा जाता है विकिरण प्रवाहऔर Q, W द्वारा निरूपित किया जाता है।
संपूर्ण विकिरण स्पेक्ट्रम के अनुरूप विकिरण प्रवाह को कहा जाता है अभिन्न.
सतही फ्लक्स का घनत्वअभिन्न विकिरण को q = Q/F, W/m 2 द्वारा दर्शाया जाता है।
प्रत्येक शरीर न केवल विकिरण करता है, बल्कि उज्ज्वल ऊर्जा को अवशोषित भी करता है। अवशोषित और आंतरिक दीप्तिमान ऊर्जा के बीच के अंतर को कहा जाता है परिणामी विकिरण:
जब Qres > 0, शरीर का तापमान बढ़ जाता है, और इसके विपरीत।
जब Qres = 0, शरीर का तापमान नहीं बदलता (थर्मल संतुलन की स्थिति)।
शरीर (क्यू पैड) पर आपतित उज्ज्वल ऊर्जा की कुल मात्रा में से, इसका कुछ भाग अवशोषित (क्यू अवशोषित) होता है, कुछ भाग परावर्तित होता है (क्यू नकारात्मक) और कुछ भाग शरीर से गुजरता है (क्यू प्रोप)। इस तरह,
1=
अवशोषण गुणांक कहाँ है;
परावर्तन गुणांक;
पारगम्यता गुणांक.
जब A = 1, R = 0, D = 0, निकाय कहलाता है बिल्कुल काला;
आर = 1, ए = 0, डी = 0 पर - बिल्कुल सफ़ेद;
D = 1, A = 0, R = 0 पर - डायथर्मिक (पारदर्शी).
ऐसे शरीर प्रकृति में मौजूद नहीं हैं। ठोस पदार्थों के विशाल बहुमत के लिए, समानता
स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन कानूनपूरी तरह से काले शरीर के अभिन्न विकिरण के सतह प्रवाह घनत्व और उसके तापमान के बीच संबंध स्थापित करता है
(4.1)
कहाँ ब्लैक बॉडी एमिसिटी है। सूचकांक "0" इंगित करता है कि ब्लैकबॉडी विकिरण पर विचार किया जा रहा है।
ब्लैकबॉडी विकिरण प्रवाह की गणना सूत्र द्वारा की जाती है
(4.2)
कालेपन की डिग्री. अधिकांश वास्तविक निकायों पर विचार किया जा सकता है स्लेटी. कालेपन की डिग्रीधूसर पिंड (ε) एक धूसर पिंड के स्वयं के विकिरण और एक ही तापमान पर पूरी तरह से काले पिंड के विकिरण का अनुपात है, तापमान के बराबरधूसर शरीर
उत्सर्जन की डिग्री 0≤ ε ≤ 1 के भीतर भिन्न होती है और शरीर के तापमान और उसके तापमान पर निर्भर करती है भौतिक गुण. ε के लिए मान विभिन्न सामग्रियांसन्दर्भ पुस्तकों में दिये गये हैं।
धातुओं के लिए, बढ़ते तापमान के साथ ε बढ़ता है। खुरदरी सतह के साथ, इसका प्रदूषण या ऑक्सीकरण, ε कई गुना बढ़ सकता है। तो, पॉलिश एल्यूमीनियम के लिए ε = 0.04 ÷ 0.06, जब सतह का ऑक्सीकरण होता है, तो यह 0.2 ÷ 0.3 के बराबर हो जाता है। गर्मी-इन्सुलेट सामग्री के कालेपन की डिग्री 0.7 ÷ 0.95 की सीमा में है।
(4.3) और (4.2) के अनुसार, धूसर पिंडों के स्व-विकिरण की गणना सूत्र द्वारा की जाती है
(4.4)
किरचॉफ का नियम. दो समानांतर सतहों पर विचार करें वही तापमान(टी), जिनमें से एक बिल्कुल काला(ए=1), अन्य गंधकमैं एक<1), рис. 4.1.
सतहों के बीच की दूरी कम होती है, जिससे एक सतह से सारा विकिरण दूसरी सतह पर पड़ता है।
पूरी तरह से काली सतह (Q 0) का विकिरण आंशिक रूप से ग्रे द्वारा अवशोषित होता है:
चूँकि सतह का तापमान समान होता है, जिसके परिणामस्वरूप धूसर सतह विकिरण होता है
क्यू रेस \u003d क्यू अवशोषित क्यू इंक \u003d 0,
क्यू अवशोषण = क्यू घटना,
AQ 0 = Q घटना, (4.5)
(4.6)
(4.7)
किरचॉफ के नियम (4.7) के अनुसार, अनुपात विकिरणवालाशरीर की क्षमता अवशोषणयह केवल शरीर के तापमान पर निर्भर करता है और उसके गुणों पर निर्भर नहीं करता है। किसी पिंड की उत्सर्जक और अवशोषण क्षमताएं एक दूसरे से सीधे आनुपातिक होती हैं। यदि शरीर विकिरण नहीं करता है, तो यह अवशोषित नहीं करता है (बिल्कुल सफेद शरीर)।
(4.6) के आधार पर हमारे पास है
(4.3) को ध्यान में रखते हुए, हम प्राप्त करते हैं
इस प्रकार, किरचॉफ के नियम से यह पता चलता है कि धूसर पिंडों का अवशोषण गुणांक संख्यात्मक रूप से उनकी उत्सर्जन की डिग्री के बराबर है।
दीप्तिमान धाराओं का कनेक्शन
आइए उज्ज्वल प्रवाह के प्रकारों को सूचीबद्ध करें: घटना (क्यूफॉल), परावर्तित (क्यू नकारात्मक), अवशोषित (क्यू अवशोषित), मिस्ड (क्यू एनपीओ पी), स्वयं (क्यू इंक), परिणामी (क्यू रेस)
स्वयं तथा परावर्तित विकिरण का योग कहलाता है असरदारशरीर विकिरण:
(4.9)
पहले, परिणामी विकिरण की अवधारणा पेश की गई थी
(4.10)
आइए एक उदाहरण का उपयोग करके उज्ज्वल प्रवाह के कनेक्शन प्राप्त करें: ज्ञात तापमान (टी), उत्सर्जन की डिग्री (ε) और सतह क्षेत्र (एफ) वाला एक शरीर विकिरण प्रवाह क्यू पैड पर गिरता है, अंजीर। 4.2.
इस विकिरण का कुछ भाग अवशोषित (Q अवशोषित) होता है, कुछ परावर्तित (Q omp) होता है। अपने स्वयं के (Q sob) और परावर्तित (Q omp) विकिरण के योग को प्रभावी विकिरण (Q eff) कहा जाता है। परिणामी विकिरण, (4.10) के अनुसार, अवशोषित (क्यू अवशोषित) और आंतरिक (क्यू इंक) विकिरण या घटना (क्यू गिरावट) और प्रभावी (क्यू एफई) के बीच अंतर की विशेषता है:
(4.11)
यदि हम शरीर के अवशोषित विकिरण Qab =A Qpad को (4.10) में प्रतिस्थापित करते हैं, Qpad के सूत्र को हल करते हैं और (4.11) में प्रतिस्थापित करते हैं, तो हमें मिलता है
और (4.6) और (4.8) को ध्यान में रखते हुए, प्रभावी और परिणामी प्रवाह के बीच संबंध को इस प्रकार लिखा जा सकता है
(4.12)
(4.13)
समीकरणों (4.12), (4.13) का व्यापक रूप से निकायों के बीच उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण की गणना में उपयोग किया जाता है।
गैस विकिरण की विशेषताएं
एक- और द्विपरमाणुक गैसें तापीय विकिरण के प्रति पारदर्शी होती हैं। उत्सर्जित करने और अवशोषित करने की क्षमता तीन हैं- और बहुपरमाणुक गैसें.
थर्मल इंजीनियरिंग गणना के अभ्यास में, सबसे आम त्रिपरमाण्विक गैसें कार्बन डाइऑक्साइड हैं (सीओ 2)और जल वाष्प (एच 2 ओ).
गैसें प्रत्येक अणु द्वारा ऊर्जा उत्सर्जित और अवशोषित करती हैं, जिसकी संख्या गैस के दबाव और गैस परत की मोटाई के सीधे आनुपातिक होती है (ठोस के विपरीत, जहां अणुओं की केवल सतह परत ही विकिरण और अवशोषित करती है)। इस प्रकार, गैसों का उत्सर्जन और अवशोषण निर्भर करता है तापमान(टी) दबाव(पी) और गैस परत की मोटाई की विशेषता है बीम पथ की लंबाई (एल).
गैसें केवल तरंग दैर्ध्य (λ) की कुछ निश्चित श्रेणियों में ऊर्जा उत्सर्जित और अवशोषित करती हैं, जिन्हें उत्सर्जन बैंड कहा जाता है। अन्य तरंग दैर्ध्य की किरणों के लिए, इन बैंडों के बाहर, गैसें पारदर्शी होती हैं।
तालिका में। 4.1 CO2 और H2O के लिए उत्सर्जन बैंड दिखाता है।
तालिका 4.1
टेबल से. 4.1 में देखा जा सकता है कि H2O के लिए अधिक बैंड हैं और वे चौड़े हैं। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, गैसों का विकिरण लघु-तरंग दैर्ध्य क्षेत्र में स्थानांतरित हो जाता है, जहां बैंड की चौड़ाई छोटी होती है। इस तरह, बढ़ते तापमान के साथ गैसों की विकिरण तीव्रता कम हो जाती है।
गैस के कालेपन की डिग्री(ε g) गैस तापमान पर गैसों के आंतरिक विकिरण और पूरी तरह से काले शरीर के विकिरण का अनुपात है:
(4.31)
सीओ 2 और एच 2 ओ के लिए कालेपन की डिग्री नॉमोग्राम द्वारा निर्धारित की जाती है
(4.32)
(4.33)
आंशिक दबाव कहां हैं.
CO 2 और H 2 O के गैस मिश्रण के कालेपन की डिग्री सूत्र द्वारा ज्ञात की जाती है
(4.34)
कहाँ - नॉमोग्राम से निर्धारित सुधार कारक।
के लिए बीम पथ की लंबाई गैस की मात्रासमीकरण के अनुसार गणना की गई
जहाँ V, m 3 गैस का आयतन है; एफ, एम 2 - गैस द्वारा धोया गया सतह क्षेत्र।
के लिए ट्यूब बंडलविकिरणित गैसों द्वारा धोए गए, बीम पथ की लंबाई की गणना सूत्र द्वारा की जाती है
एल= 1.08 डी 2 ( (4.36)
जहाँ d 2 पाइप का बाहरी व्यास है; एस 1, एस 2, - पाइप के अनुप्रस्थ और अनुदैर्ध्य चरण।
निर्धारण के लिए नॉमोग्राम, में उपलब्ध हैं।
गणना के लिए समीकरण स्वयं का विकिरणगैसों एवं उनके मिश्रण को (4.31)-(4.33) के अनुसार प्रपत्र में लिखा जायेगा
(4.37)
(4.38)
(4.39)
गैस और सतह (दीवार) के बीच विकिरण द्वारा ऊष्मा विनिमय, अंजीर। 4.8, या ट्यूब बंडल की सतह की गणना सूत्र द्वारा की जाती है
जहां ε सी , एफ सी - उत्सर्जन की डिग्री और गैस द्वारा धोई गई दीवार का सतह क्षेत्र; और जी - सतह के तापमान पर गैस अवशोषण क्षमता (टी सी) जिसकी गणना सूत्र द्वारा की जाती है
(4.41)
जहां और समान नामोग्राम द्वारा निर्धारित किए जाते हैं।
स्वतंत्र समाधान के लिए प्रश्नों, कार्यों और कार्यों को नियंत्रित करें
1. बर्फ और कालिख के कालेपन की तुलना करें। तुलना का परिणाम स्पष्ट कीजिए।
2. सतह के तापमान t c \u003d 60 ° C और उत्सर्जन की डिग्री ε c \u003d 0.9 के साथ हीटिंग बैटरी से विकिरण (q, W / m 2) द्वारा प्रेषित ऊष्मा प्रवाह घनत्व की गणना करें। परिवेश का तापमान tW = 20°C.
उत्तर: क्यू = 251.3 डब्ल्यू/एम 2।
3. थर्मस फ्लास्क की दोहरी दीवार के वैक्यूम गैप के माध्यम से प्रेषित ऊष्मा प्रवाह घनत्व (q, W / m 2) की गणना करें, बशर्ते कि दीवार की सतहों का तापमान t 1 = 100 o C, t 2 = हो। 20 ओ सी, सतहों की उत्सर्जन की डिग्री ε 1 = ε 2 = 0.05।
विकिरण द्वारा गर्मी के नुकसान की भरपाई के लिए फेल्ट थर्मल इन्सुलेशन परत कितनी मोटी होनी चाहिए (λw = 0.0524 W/m K)?
जवाब: q = 17.42 W/m 2, δ आउट = 240 मिमी।
4. के बीच की उपस्थिति में ε पीआर (4.25) और (4.30) के लिए सूत्रों का विश्लेषण करें
एक स्क्रीन की सतहें और प्रश्न का उत्तर दें: दीप्तिमान कैसे होता है
गर्म सतह और स्क्रीन के बीच की दूरी से प्रवाह:
क) दो समानांतर सपाट सतहों के लिए;
बी) निकायों की एक प्रणाली के लिए, जिनमें से एक दूसरे के अंदर स्थित है?
5. मोटाई δ (चित्र 4.9) वाली दीवार के माध्यम से, गर्मी को थर्मल चालकता (क्यू टी, डब्ल्यू / एम 2) द्वारा, दीवार की सतह से पर्यावरण तक - संवहनी गर्मी हस्तांतरण (क्यू के) और विकिरण (क्यू एल) द्वारा स्थानांतरित किया जाता है।
दीवार की तापीय चालकता का गुणांक (λ), सतह की उत्सर्जन की डिग्री (ε), तापमान t 1 , t 2 , t और ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक (α) ज्ञात हैं।
ऊष्मा प्रवाह q t, q K , q l की गणना के लिए सूत्र लिखिए
6. विकिरण (अवशोषण) किन कारकों पर निर्भर करता है:
क) ठोस पिंड;
समस्या समाधान के उदाहरण
कार्य 1. भाप पाइपलाइन (क्यू, डब्ल्यू / एम) की लंबाई के 1 मीटर से विकिरण द्वारा गर्मी की हानि का निर्धारण करें, यदि इसका बाहरी व्यास डी = 0.3 मीटर, उत्सर्जन ε = 0.9, सतह का तापमान टीसी = 450 ओ सी, परिवेश का तापमान टी डब्ल्यू = 20 डिग्री सेल्सियस.
यदि भाप पाइपलाइन को लगभग = 0.4 मीटर के व्यास के साथ टिन के एक खोल में रखा जाता है, तो उत्सर्जन की डिग्री ε लगभग = 0.6 है, तो विकिरण (क्यू", डब्ल्यू / एम) द्वारा गर्मी की हानि क्या होगी?
समाधान
जब भाप पाइपलाइन असीमित स्थान में विकिरण करती है, तो समीकरण (4.29) के अनुसार गर्मी का नुकसान होगा
एक शेल की उपस्थिति में, विकिरण द्वारा गर्मी के नुकसान की गणना (4.26) और (4.27) के अनुसार की जाती है, सूत्रों के अनुसार
(4.42)
(4.43)
हम सिस्टम "स्टीम पाइपलाइन - स्क्रीन - पर्यावरण" में उज्ज्वल ऊर्जा के ताप संतुलन के समीकरण से शेल तापमान (टी के बारे में) पाते हैं।
समीकरण (4.43) के अनुसार हम ε pr = 0.621 पाते हैं, ऊष्मा संतुलन समीकरण (4.44) के अनुसार हम शेल तापमान t о6 = 320 ° С की गणना करते हैं और समीकरण (4.42) के अनुसार हम परिरक्षित से ऊष्मा हानि पाते हैं भाप पाइपलाइन Q "= 4962 W/m. विकिरण द्वारा ताप हानि Q/Q में कम हुई" = 12781/4962 = 2.58 गुना।
कार्य संख्या 2.डी 1 = 200 मिमी के व्यास वाले पाइप के माध्यम से ले जाए गए गैसों (ओ 2, एन 2, सीओ 2) के मिश्रण के उत्सर्जन की डिग्री और विकिरण प्रवाह का घनत्व निर्धारित करें। गैस का तापमान t g = 800 o C, कार्बन डाइऑक्साइड का आंशिक दबाव = 0.09 बार।
(चित्र 5.1)।
इस प्रकार, हम 4 समीकरणों (5.2)-(5.5) की प्रणाली को 3 समीकरणों की प्रणाली से प्रतिस्थापित करते हैं:
(5.9)
(5.10)
(5.11)
जिसका संयुक्त समाधान ताप प्रवाह घनत्व के लिए गणना सूत्र देता है
(5.12)
ऊष्मा स्थानांतरण, या ऊष्मा स्थानांतरण का सिद्धांत, एक गैर-समान तापमान क्षेत्र के साथ अंतरिक्ष में ऊष्मा प्रसार की प्रक्रियाओं का अध्ययन है।
ऊष्मा स्थानांतरण के तीन मुख्य प्रकार हैं: चालन, संवहन और दीप्तिमान ऊष्मा।
ऊष्मीय चालकता- यह अलग-अलग तापमान वाले सीधे संपर्क करने वाले पिंडों या एक ही पिंड के कणों के बीच ऊष्मा का आणविक स्थानांतरण है, जिस पर संरचनात्मक कणों (अणुओं, परमाणुओं, मुक्त इलेक्ट्रॉनों) की गति का ऊर्जा विनिमय होता है।
कंवेक्शनमाध्यम के असमान रूप से गर्म आयतन को अंतरिक्ष में ले जाकर किया जाता है। इस मामले में, ऊष्मा का स्थानांतरण माध्यम के स्थानांतरण के साथ ही अटूट रूप से जुड़ा हुआ है।
ऊष्मीय विकिरणविद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा एक पिंड से दूसरे पिंड में ऊर्जा का स्थानांतरण इसकी विशेषता है।
अक्सर ऊष्मा स्थानांतरण की सभी विधियाँ संयुक्त रूप से की जाती हैं। उदाहरण के लिए, संवहन हमेशा ऊष्मा चालन के साथ होता है, क्योंकि इस मामले में विभिन्न तापमान वाले कणों का संपर्क अपरिहार्य है।
संवहन एवं चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण की संयुक्त प्रक्रिया कहलाती है संवहन ताप स्थानांतरण. संवहन ताप स्थानांतरण का एक विशेष मामला ऊष्मा स्थानांतरण है - एक ठोस दीवार और एक गतिशील माध्यम के बीच संवहन ताप स्थानांतरण। ऊष्मा स्थानांतरण के साथ थर्मल विकिरण भी हो सकता है। इस मामले में, तापीय चालन, संवहन और तापीय विकिरण द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण एक साथ किया जाता है।
ऊष्मा स्थानांतरण की कई प्रक्रियाएँ पदार्थ के स्थानांतरण के साथ होती हैं - द्रव्यमान स्थानांतरण, जो पदार्थ की संतुलन सांद्रता की स्थापना में प्रकट होता है।
ऊष्मा स्थानांतरण एवं द्रव्यमान स्थानांतरण प्रक्रियाओं के संयुक्त प्रवाह को कहा जाता है ऊष्मा और द्रव्यमान स्थानांतरण.
तापीय चालकता शरीर के सूक्ष्म कणों की तापीय गति से निर्धारित होती है। अपने शुद्ध रूप में, तापीय चालकता की घटना ठोस, स्थिर गैसों और तरल पदार्थों में देखी जाती है, बशर्ते कि उनमें संवहन धाराएँ उत्पन्न न हो सकें।
तापीय चालकता द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण शरीर के तापमान में अंतर की उपस्थिति से जुड़ा होता है। किसी निश्चित समय पर शरीर के सभी बिंदुओं के तापमान मानों के समुच्चय को तापमान क्षेत्र कहा जाता है। सामान्य स्थिति में, तापमान क्षेत्र समीकरण का रूप इस प्रकार है:
जहां t शरीर का तापमान है; एक्स, वाई, जेड - बिंदु निर्देशांक; τ - समय। ऐसे तापमान क्षेत्र को गैर-स्थिर कहा जाता है और यह ताप संचालन की एक अस्थिर व्यवस्था से मेल खाता है। यदि शरीर का तापमान समय के साथ नहीं बदलता है, तो तापमान क्षेत्र को स्थिर कहा जाता है। तब
तापमान क्रमशः एक, दो और तीन निर्देशांक का कार्य हो सकता है, तापमान क्षेत्र एक-, दो- और तीन-आयामी होगा। सबसे सरल रूप एक आयामी स्थिर तापमान क्षेत्र का समीकरण है:
यदि हम शरीर के सभी बिंदुओं को समान तापमान से जोड़ते हैं, तो हमें समान तापमान की एक सतह मिलती है, जिसे इज़ोटेर्मल कहा जाता है। चूँकि एक निश्चित समय में शरीर में एक निश्चित बिंदु पर केवल एक ही तापमान हो सकता है, इज़ोटेर्मल सतहें एक दूसरे को नहीं काटती हैं; वे सभी या तो स्वयं बंद हो जाते हैं या शरीर की सीमा पर समाप्त हो जाते हैं। एक समतल द्वारा समतापीय सतहों का प्रतिच्छेदन उस पर समतापी सतहों का एक परिवार देता है। किसी भी दिशा में तापमान परिवर्तन की तीव्रता को आइसोथर्मल सतह पर सामान्य की दिशा में सबसे बड़ा मान लेने वाले व्युत्पन्न द्वारा दर्शाया जाता है
वेक्टर को तापमान प्रवणता कहा जाता है और यह इज़ोटेर्मल सतह की सामान्य दिशा में तापमान परिवर्तन की तीव्रता का माप है। यह बढ़ते तापमान की दिशा में निर्देशित है।
सामान्य से समतापीय सतह तक तापमान परिवर्तन की दर की विशेषता है तापमान प्रवणता- एक वेक्टर जो संख्यात्मक रूप से व्युत्पन्न के बराबर है
इस दिशा में तापमान से:
ग्रेड टी = n0 -,
जहां n0 बढ़ते तापमान की दिशा में निर्देशित एक इकाई वेक्टर है।
क्षेत्र F की एक समतापीय सतह के माध्यम से प्रति इकाई समय में हस्तांतरित ऊष्मा की मात्रा को कहा जाता है ऊष्मा प्रवाह Q,जे/एस, या डब्ल्यू. प्रति इकाई सतह क्षेत्र में ऊष्मा प्रवाह को कहा जाता है ऊष्मा प्रवाह घनत्व Q,डब्ल्यू/एम2. ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के अनुसार, वेक्टर क्यूहमेशा शरीर के कम गर्म भागों की ओर निर्देशित
तापमान प्रवणता
मापदण्ड नाम | अर्थ |
लेख का विषय: | तापमान प्रवणता |
रूब्रिक (विषयगत श्रेणी) | अंक शास्त्र |
तापमान क्षेत्र
तापीय चालकता का मुख्य नियम
प्रश्नों पर नियंत्रण रखें
1. ऊष्मा स्थानांतरण की प्राथमिक विधियों के नाम बताइए।
2. ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रिया क्या है?
4. संवहन ताप स्थानांतरण क्या है?
5. न्यूटन के सूत्र का उपयोग करके ऊष्मा स्थानांतरण के दौरान ऊष्मा की मात्रा कैसे निर्धारित करें?
6. चालन (थर्मल कंडक्शन) की प्रक्रिया का वर्णन करें।
7. कौन से कारक ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रियाओं की तीव्रता को प्रभावित करते हैं?
शरीर के विभिन्न हिस्सों में अलग-अलग तापमान पर, उच्च तापमान वाले क्षेत्रों से कम तापमान वाले क्षेत्रों में गर्मी हस्तांतरण की एक सहज प्रक्रिया होती है। प्रक्रिया की घटना एक संपत्ति के कारण होती है, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ को आमतौर पर तापीय चालकता कहा जाता है। ऊर्जा स्थानांतरण अणुओं, परमाणुओं, इलेक्ट्रॉनों के बीच ऊर्जा अंतःक्रिया के कारण होता है। ताप संचालन की प्रक्रिया शरीर के अंदर तापमान के वितरण से जुड़ी है, और इस संबंध में तापमान क्षेत्र और तापमान प्रवणता की अवधारणाओं को स्थापित करना बेहद महत्वपूर्ण है।
तापमान शरीर की तापीय स्थिति को दर्शाता है, इसके ताप की डिग्री निर्धारित करता है। और यदि शरीर में ऊष्मा संचालन की प्रक्रिया होती है तो उसके विभिन्न भागों का तापमान अलग-अलग होता है। किसी निश्चित समय पर शरीर के सभी बिंदुओं के लिए तापमान मानों के सेट को तापमान क्षेत्र कहा जाता है। तापमान क्षेत्र समीकरण का रूप है:
टी = एफ(एक्स, वाई, जेड, टी), (12.1)
जहां t बिंदु पर शरीर का तापमान है;
एक्स, वाई, जेड - बिंदु निर्देशांक;
यदि तापमान समय में बदलता है, तो ऐसे तापमान क्षेत्र को आमतौर पर गैर-स्थिर कहा जाता है, यह एक अस्थिर गैर-स्थिर ताप संचालन प्रक्रिया से मेल खाता है, और यदि तापमान समय में नहीं बदलता है, तो तापमान क्षेत्र स्थिर होता है और ताप संचालन प्रक्रिया स्थिर (स्थिर) है।
तापमान एक, दो या तीन निर्देशांकों का कार्य होना चाहिए। तदनुसार, तापमान क्षेत्र को आमतौर पर एक-, दो- या त्रि-आयामी कहा जाता है। एक-आयामी क्षेत्र में समीकरण t = f(x) का सबसे सरल रूप होता है। उदाहरण के लिए, एक सपाट दीवार के माध्यम से ताप संचालन की एक स्थिर प्रक्रिया के साथ।
शरीर में किसी भी तापमान क्षेत्र के लिए समान तापमान वाले बिंदु होते हैं। समान तापमान वाले बिंदुओं का स्थान एक समतापीय सतह बनाता है। अंतरिक्ष में एक बिंदु पर दो अलग-अलग तापमान नहीं होने चाहिए, और इसके संबंध में, इज़ोटेर्मल सतहें स्पर्श या प्रतिच्छेद नहीं करती हैं। Οʜᴎ या तो शरीर की सीमाओं पर समाप्त होता है, या एक बंद समोच्च बनाता है (उदाहरण के लिए, एक बेलनाकार शरीर में)। शरीर में तापमान परिवर्तन केवल इज़ोटेर्मल सतहों को पार करने वाली दिशाओं में देखा जाता है। इस मामले में, सबसे तेज तापमान परिवर्तन इज़ोटेर्मल सतहों की सामान्य दिशा में देखा जाता है। इन समताप रेखाओं (Dn) के बीच की न्यूनतम दूरी तक तापमान परिवर्तन (Dt) के अनुपात की सीमा, बशर्ते कि यह दूरी शून्य हो जाती है, आमतौर पर तापमान प्रवणता कहलाती है।
पहले अध्याय में, हम वायुमंडल की ऊर्ध्वाधर संरचना और, सामान्य शब्दों में, ऊंचाई पर तापमान के वितरण से परिचित हुए। यहां हम ऊंचाई पर तापमान शासन की कुछ दिलचस्प विशेषताओं पर विचार करते हैं। याद रखें कि क्षोभमंडल में, ऊंचाई के साथ तापमान प्रत्येक 100 मीटर की ऊंचाई पर औसतन 0.5-0.6 डिग्री या प्रति 1 किमी ऊंचाई पर 5-6 डिग्री कम हो जाता है। प्रति 100 मीटर की ऊंचाई पर गणना की गई तापमान परिवर्तन की मात्रा को ऊर्ध्वाधर तापमान प्रवणता कहा जाता है।
ऊर्ध्वाधर तापमान प्रवणता स्थिर नहीं है। इसमें कई कारणों से परिवर्तन होते रहते हैं, जिसके संबंध में यह अक्सर ऊपर बताए गए औसत मूल्य से विचलित हो जाता है। सर्दी और गर्मी में, रात और दिन में, समुद्र और ज़मीन पर ढाल अलग-अलग होती है। यह परिवर्तनशीलता 1-2 किमी तक मोटी हवा की निचली परतों के लिए विशेष रूप से विशिष्ट है। लेकिन अधिक ऊंचाई पर भी ऊर्ध्वाधर तापमान प्रवणता में प्रतिदिन परिवर्तन होता रहता है।
इसके अलावा, क्षोभमंडल में भी, तापमान अक्सर ऊंचाई के साथ घटता नहीं है, बल्कि बढ़ता है। इन मामलों में, विमान से चढ़ते समय, कोई व्यक्ति पृथ्वी की सतह की तुलना में अधिक तापमान वाली हवा की परत में जा सकता है। हालाँकि, क्षोभमंडल में, एक नियम के रूप में, तापमान ऊंचाई के साथ घटता जाता है, क्योंकि हवा की निचली परतें पृथ्वी की सतह से गर्म होती हैं। यह ताप जितना अधिक होगा, क्षोभमंडल की निचली परतों में ऊर्ध्वाधर तापमान प्रवणता उतनी ही अधिक होगी। इसलिए, दक्षिण में ऊर्ध्वाधर तापमान प्रवणता गर्मियों में विशेष रूप से बड़ी होती है, जब पृथ्वी की सतह का ताप सबसे तीव्र होता है। गर्मियों में, निचली वायु परत में ऊर्ध्वाधर तापमान प्रवणता का 1° प्रति 100 मीटर से अधिक होना असामान्य नहीं है।
सर्दियों में इसका विपरीत देखने को मिलता है। भूमि पर, पृथ्वी की सतह और उससे लगी हवा की परतों के ठंडा होने के कारण तापमान ऊंचाई के साथ बढ़ता है। यह इस तथ्य के कारण है कि ऊंची परतों में स्थित वायुराशियों को पृथ्वी की सतह की तरह ठंडा होने का समय नहीं मिलता है। तथाकथित तापमान व्युत्क्रमण बनता है।
सबसे गहरा व्युत्क्रमण सर्दियों में साइबेरिया में होता है, विशेषकर याकूतिया में, जहाँ वर्ष के इस समय मौसम साफ़ और शांत होता है। इन परिस्थितियों में, अंतर्निहित सतह से हवा का ठंडा होना लंबे समय तक होता है। इसलिए, तापमान व्युत्क्रमण अक्सर 2-3 किमी की ऊंचाई तक देखा जाता है। सर्दियों में साइबेरिया, उत्तरी कनाडा में, अंटार्कटिका के तट पर -50, -60° पर पृथ्वी की सतह पर व्युत्क्रमण की ऊपरी सीमा पर तापमान केवल -30, -35° तक पहुँच जाता है। इस प्रकार, व्युत्क्रमण की निचली और ऊपरी सीमाओं के बीच तापमान का अंतर 20-25° हो सकता है।
ऊर्ध्वाधर तापमान प्रवणता आमतौर पर दिन के दौरान बदलती रहती है। दिन के समय गर्मी और रात के समय विकिरण के कारण, पृथ्वी की सतह से पहले 1.0-1.5 किमी ऊपर ऊर्ध्वाधर तापमान में दैनिक उतार-चढ़ाव का अनुभव होता है। इसके अलावा, दिन के समय, ऊर्ध्वाधर ढाल के बड़े मूल्य आमतौर पर इस परत में देखे जाते हैं, जो दोपहर तक बढ़ते रहते हैं; शाम तक, तापमान में धीरे-धीरे कमी आती है, और रात में अक्सर तापमान में उलटफेर होता है।
तापमान प्रवणता
तापमान प्रवणता
वर्टिकल या वर्टिकल थर्मल ग्रेडिएंट (वर्टिकल थर्मल ग्रेडिएंट) - प्रत्येक 100 के लिए हवा के तापमान में गिरावट एमऊर्ध्वाधर दिशा में. शुष्क हवा में, तापमान प्रवणता लगभग 1°, संतृप्त हवा में - लगभग 0.5° होती है।
समोइलोव के.आई. समुद्री शब्दकोश. - एम.-एल.: यूएसएसआर के एनकेवीएमएफ का स्टेट नेवल पब्लिशिंग हाउस, 1941
देखें अन्य शब्दकोशों में "तापमान प्रवणता" क्या है:
तापमान प्रवणता- बढ़ते तापमान की दिशा में आइसोथर्मल सतह पर सामान्य के साथ निर्देशित एक वेक्टर, संख्यात्मक रूप से इस दिशा में तापमान के आंशिक व्युत्पन्न के बराबर है। [गोस्ट 25314 82] विषय गैर-विनाशकारी थर्मल नियंत्रण ... तकनीकी अनुवादक की पुस्तिका
ऊर्ध्वाधर, एक वेक्टर जो ऊंचाई के साथ वायुमंडल में तापमान में परिवर्तन (अंतर) को दर्शाता है (डिग्री प्रति 100 मीटर में)। पारिस्थितिक विश्वकोश शब्दकोश। चिसीनाउ: मोल्डावियन सोवियत विश्वकोश का मुख्य संस्करण। आई.आई. दादाजी. 1989... पारिस्थितिक शब्दकोश
तापमान प्रवणता- 4. बढ़ते तापमान की दिशा में इज़ोटेर्मल सतह पर सामान्य के साथ निर्देशित तापमान प्रवणता वेक्टर, संख्यात्मक रूप से इस दिशा में तापमान के आंशिक व्युत्पन्न के बराबर स्रोत: GOST 25314 82: गैर-विनाशकारी परीक्षण ... ... मानक और तकनीकी दस्तावेज़ीकरण की शर्तों की शब्दकोश-संदर्भ पुस्तक
तापमान प्रवणता- टेम्परेचरोस ग्रैडिएंटस स्टेटसस टी स्रिटिस फ़िज़िका एटिटिकमेनिस: अंग्रेजी। तापमान प्रवणता वोक। तापमान प्रवणता, एम रस। तापमान प्रवणता, मी; तापमान प्रवणता, एम प्रैंक। ग्रेडिएंट डे तापमान, मी; ग्रेडिएंट थर्मिक, मी… फ़िज़िकोस टर्मिनस žodynas
तापमान प्रवणता- बढ़ते तापमान की दिशा में आइसोथर्मल सतह पर सामान्य के साथ निर्देशित एक वेक्टर और संख्यात्मक रूप से इस दिशा में तापमान के आंशिक व्युत्पन्न के बराबर ... पॉलिटेक्निक शब्दावली व्याख्यात्मक शब्दकोश
क्षोभमंडल में प्रत्येक 100 मीटर लंबवत हवा के तापमान में परिवर्तन। तापमान प्रवणता का मान 0.6 से 1°C तक होता है। एडवर्ड. व्याख्यात्मक नौसेना शब्दकोश, 2010 ... समुद्री शब्दकोश
मिट्टी का तापमान ढाल- एक बिंदु के दो बिंदुओं पर सकारात्मक या नकारात्मक तापमान अंतर, उनके बीच की दूरी की एक इकाई को संदर्भित करता है। एन में सबसे बड़े मान आमतौर पर ऊर्ध्वाधर दिशा में मापे गए ग्रेडिएंट्स द्वारा पहुंचते हैं। सतह अनियमितताओं की उपस्थिति में पी... ... मृदा विज्ञान का व्याख्यात्मक शब्दकोश
ऊँचाई बढ़ने के साथ तापमान में कमी की दर। कुछ मीडिया में (समताप मंडल में), चढ़ाई के दौरान तापमान बढ़ता है, और फिर एक विपरीत, या व्युत्क्रम, ऊर्ध्वाधर ढाल बनती है, जिसे एक ऋण चिह्न दिया जाता है। पारिस्थितिक ... ... पारिस्थितिक शब्दकोश
ऊर्ध्वाधर तापमान प्रवणता- बढ़ती ऊंचाई के साथ हवा के तापमान में कमी को दर्शाने वाला मान औसतन 0.6 डिग्री सेल्सियस प्रति 100 मीटर ऊंचाई के बराबर है। Syn.: तापमान प्रवणता… भूगोल शब्दकोश
रुद्धोष्म तापमान प्रवणता- इस वायु द्रव्यमान के विस्तार या संकुचन की प्रतिक्रिया के रूप में रुद्धोष्म ऊर्ध्वाधर गति के दौरान वायु द्रव्यमान में तापमान परिवर्तन की दर ... भूगोल शब्दकोश
पुस्तकें
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