04.09 – තාප සංක්‍රමණය

තාප සංක්‍රමණය

එක් ස්ථානයක සිට තවත් ස්ථානයකට තාප ප්‍රචාරණය විය හැකි ක්‍රම 3 ක් පවති.

1. සන්නයනය
2. සංවහනය
3. විකිරණය

• විකිරණය ලෙස හඳුන්වනු ලබන්නේ විද්‍යුත් හා චුම්බක තරංග ආකාරයෙන් තාපය ප්‍රචාරණය වීමයි .
• මෙම තාප විකිරණ අයත් වන්භන් විද්‍යුත් හා චුම්බක වර්ණාවලිභේ අධෝරක්ත කලාපයට ය.
• ද්‍රව හා වායු තුලින් තාපය ප්‍රචාරණය වීභම් ප්‍රධානතම ක්‍රමය සංවහනය ලෙස හැදින්වේ.
• රත් වූ තරල අංශු කම්පනය වෙමින් අනෙක් අංශු තරල අංශු වලට ශක්තිය ලබාදීභම් ක්‍රමය සංවහනය නම් වේ.

තාප සන්නයනය

ඝනයක් තුලින් තාපය ප්‍රචාරණය වන්භන් සන්නයනය මගින් ය.

තාප සන්නයනය සදහා වස්තුව දිගේ දුර සමග උෂ්ණත්ව වෙනසක් හෙවත් උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණයක් තිබිය යුතුය.

උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණය

• ඒකක දිගක උෂ්ණත්ව වෙනස උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණය ලෙස හැදින්වේ.
• උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණය =උෂ්ණත්ව වෙනස /දිග
• ලෝහ සිලින්ඩරයක දෙකෙලවර දීර්ඝ වේලාවක් වෙනත් උෂ්ණත්ව දෙකක පවත්වා ගන්නේ යයි සිතමු.
• එක් කෙලවරක් හුමාලය සමගද අනෙක් කෙළවර දියවන අයිස් සමගද ගැටෙමින් පවතී යැයි සිතමු.

• පද්ධතිය ඉහත ආකාරයට දීර්ඝ වේලාවක් පවත්වා ගත් විට AB සිලින්ඩරයේ කිසියම් ස්ථානයක උෂ්ණත්වය වෙනස් නොවන අවස්ථාවකට එළඹේ.
• මෙය උෂ්ණත්වවේ නොසැභලන අවස්ථාව ලෙස සළකනු ලැබේ.

උෂ්ණත්වය නොසැලෙන අවස්ථාවේදී දණ්ඩේ උෂ්ණත්වය වැඩි කෙළවරේ සිට මනිනු ලබන දුර (x) සමග උෂ්ණත්වය (θ) හි විචලනය

1.සිලින්ඩරයේ බාහිර පෘෂ්ඨය තාප පරිවාරක ද්‍රවයයකින් අවුරා නොමැති විට,

2. සිලින්ඩරයේ බාහිර පෘෂ්ඨය තාප පරිවාරක ද්‍රවයයකින් අවුරා ඇති විට,

• සිලින්ඩරය තාප පරිවාරක ද්‍රවයයකින් අතුරා ඇති විට හා නැති විට පහත වෙනස් කම් දක්නට ලැබේ

අනවරත අවස්ථාවේ දී දණ්ඩක් තුළින් තාපය ගලා යාමේ ශීඝ්‍රතාව රදා පවතින සාධක,

1. දණ්ඩේ උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමය (θ1-θ2)/d
2. දණ්ඩ දිවේ තාපය ගලා යාමේ ශීඝ්‍රතාවය (dQ/dt)
3. ලම්භක පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය A
4. දණ්ඩ සාදා ඇති ද්‍රවයයේ තාප සන්නායකතාව K

 දණ්ඩ දිගේ අනවරත අවස්ථාවේ දී t කාලයක් තුළ ගලා ගිය තාප ප්‍රමාණය Q නම්,

දණ්ඩ දිගේ තාපය ගලා යාමේ ශීඝ්‍රතාව=Q/t

ඉහත කරුණු වලට අනුව ,

dQ/dt α (θ1-θ2)/d

dQ/dt α A

ඉහත 1 හා 2න් ,

𝑑𝑄/ 𝑑𝑡 ∝ 𝐴 {(𝜃1 − 𝜃2)/ 𝑑}

අනවරත අවස්ථාවේ දී,

 𝑑𝑄/ 𝑑𝑡 = 𝐾𝐴 {(𝜃1 − 𝜃2)/ 𝑑}

K-තාප සන්නායකතා සංගුණකය/තාප සන්නායකතාව

තාප සන්නායකතාව අර්ථ දැක්වීම

• දණ්ඩක ඒකක දිගක ඒකක නොසැභලන උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමයක් ඇති විට තාපය ගලා යන දිශාවට ලම්බක ඒකක වර්ගඵලයක් තුළින් ඒකක කාලයක් තුළ ගලා යන තාප ප්‍රමාණය තාප සන්නායකතාව වේ.

තාප සන්නායකතාව දණ්ඩ තනා ඇති ද්‍රව්‍ය වර්ගය මත රදා පවතින නියතයකි.

තාප සන්නායකතාවයේ ඒකක- Wm^-1K^-1

උදාහරණ :

 ලෝහ කම්බියක දිග,පළල,ඝනකම පිළිවෙළින් 2m, 50cm, 20cm වේ,දියවන අයිස් බඳුනක් ද හුමාල සිලින්ඩරයක් ද ඔබට සපයා ඇත්නම්,

 i. ලෝහ කම්බිය දිගේ පවත්වා ගත හැකි උපරිම උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණය සොයන්න .

ii. අවම උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණය?

iii. එක් එක් අවස්ථාවේදී තාපය සන්නයනය වන දිශාවට ලම්භක වර්ගඵලය සොයන්න .

iv. එක් එක් අවස්ථාවේ දී තාප සන්නයන සීඝ්‍රතාවන් සොයන්න.

පිළිතුරු:

i. උපරිම උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණය =100-0/0.2

                                     =500Km^-1

ii. අවම උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණය   =100/2

                                     =50Km^-1

iii. අවම උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණවේ දී පෘෂ්ඨික වර්ගඵලය=0.5m×0.2m=0.1m²

     උපරිම උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණවේ දී පෘෂ්ඨික වර්ගඵලය=0.5m×2m=1m²

iv. Q/t =kA (T1-T2)/d

අවම අවස්ථාවේ දී,

Q/t =200 × 0.1 × (100-0)/2

      =1000Js^-1

උපරිම අවස්ථාවේ දී,

Q/t= 200 × 1 × 500

     = 1×10 -5 Js^-1

     = 100 kJs^-1

හොඳින් තාප පරිවරණය කර ඇති අනවරත අවස්ථාවේ පවතින දණ්ඩක දණ්ඩේ දිගට එදිරිව උෂ්ණත්වයේ ප්‍රස්ථාරය

 Q/ 𝑡 = 𝐾𝐴(𝜃1 − 𝜃2 )/ 𝑑

ප්‍රස්ථාරවේ බෑවුම = උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණය

∴ (𝜃1 − 𝜃2 ) 𝑑 => නියතයි

∴ බෑවුම => නියතයි

 මෙහි දැක්වෙන්නේ, එවැනි දණ්ඩක දිග සමඟ උෂ්ණත්වය වෙනස්වන ආකාරයයි.

 එවැන්නක ප්‍රස්ථාරයේ අනුක්‍රමණය 𝛥𝜃/ 𝛥𝑙

ප්‍රස්ථාරයේ අනුක්‍රමණය දණ්භේ උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණයයි.

ශ්‍රේණිගත ව සම්බන්ධ කර ඇති දඩු පද්ධති

රූපයේ දැක්වෙන ආකාරයට ලෝහ දඩු දෙකක් එක් දණ්ඩක කෙළවර අනෙක් දණ්ඩ ස්පර්ශ වන පරිදි සම්බන්ධ කර බාහිර පෘෂ්ඨ අවුරා ඇත.

දඩු දෙකෙළවර වෙනස් උෂ්ණත්ව දෙකක තබා ඇත. අනවරත අවස්ථාවේ දී,

• එකම දණ්ඩක සෑම තැනම උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණය සමාන අගයකි.
• දඩු දෙකේ උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණය එකිනෙකට වෙනස් ය.
• AB හා BC දඩු වල තාපය ගලා යාමේ ශීඝ්‍රතාව එක සමාන වේ.

සර්ල් උපකරණය භාවිතයෙන් ලෝහයක තාප සන්නායකතාව සෙවීම .

ඒකාකාර දණ්ඩක් ලෙස සෑදු ලෝහ උපකරණයක් භාවිතයෙන් මෙය සාදා ඇත.

• උපකරණයේ බාහිර ආවරණය ඉවත්කර ලෝහ දණ්ඩේ විශ්කම්භය වර්නියර් කැලිපරයේ බාහිර හනු වලින් මැන ගන්නා අතර T₁ හා T₂ උෂ්ණත්වමාන හිඩැස් අතර පරතරය අභ්‍යන්තර හනුවලින් මනියි.
• ඉන්පසු ආවරණ වසා උෂ්ණත්වමාන නිවැරදිව සවිකර රූපයේ පරිදි ජලය හා හුමාලය ගලා යාමට සලස්වයි.
• සෑම මිනිත්තු 5ට ම වරක් උෂ්ණත්වමානයන්හි උෂ්ණත්වයන් සටහන් කරගත් විට එම පාඨාංක නියත අගයකට පත් වනු දැකිය හැක. (අනවරත තත්වයට පත්වීම.)
• ඉන්පසු උපකරණයෙන් ඉවත් වන ජලය 500 ml පමණ මිනුම් සරාව ට එකතු කර ගැනීමට ගත වන කාලය(t) විරාම ඝටිකාවෙන් මැන ගනී.
• ලෝහ දණ්ඩක් තුළින් ගලා ගිය තාපය තඹ නළය වටා ගලා ගිය ජලය පමණක් ලබා ගත්තේ යැයි සැලකිය හැක. .

එකතු කරගත් ජලය ස්කන්ධය m නම්, ලබාගත් තාපය Q ,

 Q= mc (θ₃ – θ₄)

එම තාපය ලබාගත් ශීඝ්‍රතාවය,

𝑄 /𝑡 = mc (θ₃ – θ₄)/ 𝑡

දණ්ඩ උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණය =( θ₁– θ₂ )/d

දණ්ඩ ඔස්සේ තාපය සන්නයනය වීමේ ශීඝ්‍රතාවය = 𝑄 /𝑡 = 𝐾𝐴(θ₁− θ₂) /𝑑

ජලය තාපය අවශෝෂණය කිරීමේ ශීඝ්‍රතාවය ,දණ්ඩ මගින් තාපය සන්නයනය කළ ශීඝ්‍රතාවය ට සමාන නිසා,

mc (θ₃ – θ₄)/ 𝑡 = 𝐾𝐴(θ₁− θ₂) /𝑑

K={mc (θ₃ – θ₄)/d } / {𝐴(θ₁− θ₂)𝑡}

 වැදගත් කරුණු

• මෙම ක්‍රමය යොදා ගත හැක්කේ සෑහෙන දුරක් අක්ශීයව තාපය සන්නයනය වන සන්නායක ද්‍රවය වලට පමණි.
• වීදුරු ලී පරිවාරක ද්‍රවය සඳහා මෙය එතරම් යෝගය නොවේ. එයට හේතුව ඒවා තුළින් සෑහෙන දුරක් අක්ශීයව තාපය සන්නයනය නොවන නිසාය.
• හුමාල කුටීරයට හුමාලය එවනු ලබන්නේ කුටීරය ඉහළ කෙළවරිනි.
• යම් හෙයකින් හුමාල කුටීරයේ පහළ කෙළවර සිදුරෙන් හුමාලය එවුවහොත් හුමාලයේ ඝනත්වය වාතය ඝනත්වයට වඩා අඩු වන නිසා එය කුටීරය තුල නොරැඳී ඉවතට ගමන් කරයි.
• සිසිල් ජලය ඇතුළු කරන්නේ දණ්ඩේ සිසිල් කෙළවරිනි.
• දණ්ඩ මැද ස්ථානයකින් සිසිල් ජලය ඇතුළු කළ විට මැද සිසිල් වීම නිසා දණ්ඩ ඔස්සේ පවතින ඒකාකාර උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණය නැති වී යයි.
• ජලය ඒකාකාර ශීඝ්‍රතාවයෙන් යැවීම සඳහා නියත පීඩන උපකරණය යොදා ගනී.
• පාඨාංක ගත යුත්තේ උෂ්ණත්වමාන පාඨාංක අනවරත වූ විට ය.
• දණ්ඩ සමග හොඳ තාපජ ස්පර්ශයක් පවත්වා ගැනීමට දණ්ඩේ උෂ්ණත්වමාන යොදන තව්වලට රසදිය දමයි.

සංවහනය

• අංශු ගමන් කරමින් තාපය සංක්‍රමණය වීභම් ක්‍රමයට සංවහනය යැයි කියයි.
• මේ අනුව සංවහනය සිදුවිය හැක්කේ ද්‍රව හා වායු මාධ්‍ය තුළ පමණි.
• ද්‍රව බඳුනක් පතුලෙන් රත්කිරීමේදී පතුල රත් වූ විට ගැටෙන ද්‍රව අංශු පළමුව සන්නයනයෙන් තාපය ලබා ගනී.
• මෙම ද්‍රව අංශු වල උෂ්ණත්වය ඉහළ ගිය විට ඝනත්වය අඩුවීම නිසා එම ද්‍රව අංශු ඉහළට ගමන් කරයි.
• වායුගෝලය තුළ ඇති රත් වූ වස්තුවක් සලකමු.
• එය හා ගැටෙන වායු අංශු තාපය ලබාගෙන උෂ්ණත්වය වැඩි වී ඝනත්වය අඩු වී ඉහලට ගමන් කරයි .
• ඒ අනුව ද්‍රව හා වායු මාධ්‍ය තුළ සංවහනය වන්නේ ඉහළටය.

 විකිරණය

• රත් වූ වස්තුවක් තරංග ආකාරයෙන් ශක්තිය පිට කිරීමේ ක්‍රියාවලිය විකිරණයයි .
• රත් වූ වස්තුවක ට ඕනෑම දිශාවකින් අත කිට්ටු කළ විට රස්නය දැනේ .
• සංවහනය ඉහලට පමණක් දැනෙන අතර වාතය තුළ සන්නයනය ඉතා අඩු නිසා තාප සංක්‍රමණය ට තවත් ක්‍රමයක් තිබිය යුතුය.
• තවද හිරුගෙන් පොළොවට විශාල තාප ශක්ති ප්‍රමාණයක් ලැබෙනුයේ රික්තයක් හරහාය.
• සංවහනය, සන්නයනය රික්තයක් හරහා සිදුවිය නොහැක.
• රත් වූ වස්තුවක පෘෂ්ඨවල අණු පරමාණු කම්පනය වෙමින් තරංග ලෙසින් ශක්තිය මුදා හරියි.
• තාප විකිරණ විද්‍යුත් චුම්බක තරංග වේ.
• මේවා විද්‍යුත් චුම්බක වර්ණාවලිය තුළ පාරජම්බුල ,දෘශය ආලෝක හා අධෝරක්ත යන කලාප තුනක ඇත.
• වස්තුවක් ඕනම උෂ්ණත්වයකදී තාප විකිරණ පිට කරයි.
• ඕනම උෂ්ණත්වයකදී තාප විකිරණ අවශෝෂණය කරයි.
• වස්තුවක් තාප විකිරණ පිට නොකරන්භන් 0K දී පමණි.
• මේ අනුව අඩු උෂ්ණත්වයකදී පිටකරන්නේ IR විකිරණ පමණි.
• උෂ්ණත්වය වැඩි වන විට දෘශ්‍ය ආලෝකය මෙන්ම පාරජම්බුල විකිරණ ද පිට කරයි.
• වස්තුවක් තාප විකිරණ පිට කිරීමේ සීඝ්‍රතාව පහත සාධක මත රඳා පවතී.

1. පෘෂ්ඨයේ උෂ්ණත්වය
2. පෘෂ්ඨයේ වර්ගඵලය
3. පෘෂ්ඨයේ ස්වභාවය

• කළු රළු පෘෂ්ඨ වැඩිම ශීඝ්‍රතාවයකින් තාප විකිරණ පිට කරයි.
• සුදු ඔපදැමූ පෘෂ්ඨ අඩුම ශීඝ්‍රතාවයකින් තාප විකිරණ පිට කරයි.
• එසේම කළු රළු පෘෂ්ඨ වැඩිම ශීඝ්‍රතාවයකින් තාප විකිරණ අවශෝෂණය කරයි.
• සුදු ඔපදැමූ පෘෂ්ඨ අඩුම ශීඝ්‍රතාවයකින් තාප විකිරණ අවශෝෂණය කරයි.
• මේ අනුව හොඳ විකිරකයක් සෑම විටම හොඳ අවශෝෂකයක් ද වේ.

තාප සන්නයනය

තාප සංවහනය

විකිරණය

ඉදිරියේදී ප්‍රශ්න ඇතුලත් වන්නේ මෙතනටයි.