हीट, लाइट इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन-जेनरल साइंस का ट्रांसमिशन | विज्ञान और प्रौद्योगिकी (Science & Technology) for UPSC CSE PDF Download

गर्मी के ट्रांसमिशन
गर्मी चालन, संवहन और विकिरण के प्रसारण के तीन तरीके हैं।

चालन:चालन, कणों से ऊष्मा का संक्रमण है जो बिना कणों के स्वयं चल रहा है। यह ज्यादातर ठोस पदार्थों में होता है। धातुएँ ऊष्मा की सुचालक होती हैं और अधातुएँ निर्वाहक संवाहक होती हैं। तरल पदार्थ और गैसें गरीब कंडक्टर हैं। गरीब कंडक्टर को इंसुलेटर भी कहा जाता है। वायु एक गरीब चालक है। बॉयलर के निर्माण में तांबे का उपयोग किया जाता है क्योंकि, अन्य चीजों के बीच यह एक अच्छा कंडक्टर है और इसलिए जल्दी से अंदर सामग्री को गर्म करता है। ऊन और कपास उनके इन्सुलेट गुणों को मुख्य रूप से उन में वायु रिक्त स्थान के लिए देते हैं। उन दोनों के बीच हवा के साथ डबल दीवार वाली कांच की खिड़कियां एकल मोटे चश्मे के साथ खिड़कियों की तुलना में बेहतर गैर-कंडक्टर के रूप में काम करती हैं और वातानुकूलित कमरे, ओवर, गीजर आदि में उपयोग की जाती हैं। एस्किमो बर्फ की झोपड़ियों में रहने में सक्षम हैं क्योंकि बर्फ एक खराब कंडक्टर है। इस प्रकार वे बाहर अत्यधिक ठंड से सुरक्षित रहते हैं।

ऊष्मा का संवहन:  ऊष्मा का संचलन अधिकतर संवहन द्वारा द्रव और गैसों में होता है। यह वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा ऊष्मा के एक भाग से दूसरे भाग में ऊष्मा का संक्रमण होता है जो ऊष्मा को शेष कणों तक ले जाता है। इस प्रक्रिया में संवहन धाराएँ स्थापित की जाती हैं और जल्द ही सारा पदार्थ-तरल या गैस-एक ही तापमान पर गर्म हो जाता है। गर्म कण ऊपर चले जाते हैं और कूलर, भारी कण अपनी जगह पर चले जाते हैं और इस प्रक्रिया में पूरी चीज गर्म हो जाती है। केटल्स और बॉयलरों में पानी गर्म करने में संवहन धाराओं के कारण पानी का संचार होता है। संवहन धाराएँ हवाओं, भूमि और समुद्री हवा, महासागरीय धाराओं आदि के लिए जिम्मेदार होती हैं 

विकिरण:  हम विकिरण द्वारा सूर्य से गर्मी प्राप्त करते हैं। सूर्य और पृथ्वी के बीच का अधिकांश स्थान निर्वात है। सूरज से गर्मी चालन या संवहन द्वारा हम तक नहीं पहुंच सकती है, क्योंकि इन दोनों प्रक्रियाओं के लिए सामग्री माध्यम की उपस्थिति की आवश्यकता होती है।

विकिरण गर्मी के हस्तांतरण की एक प्रक्रिया है जिसमें सामग्री माध्यम (पदार्थ से युक्त एक माध्यम) आवश्यक नहीं है। इस प्रक्रिया द्वारा एक शरीर से दूसरे शरीर में स्थानांतरित होने वाली गर्मी को रेडिएंट हीट या थर्मल रेडिएशन कहा जाता है। गर्मी में हल्के या हल्के रंग के कपड़े अधिक उपयुक्त होते हैं क्योंकि वे सूरज की गर्मी को बहुत कम अवशोषित करते हैं और हमारे शरीर को ठंडा रखते हैं। सर्दियों में काले या गहरे रंग के कपड़े उपयुक्त होते हैं क्योंकि वे सूर्य की अधिकांशतः उष्मा को अवशोषित करते हैं और हमें गर्म रखते हैं। इलेक्ट्रिक रेडिएटर्स (रूम हीटर) पॉलिश किए गए रिफ्लेक्टर के साथ प्रदान किए जाते हैं। वे बहुत कम ऊष्मा को अवशोषित करते हैं और अधिकांश को प्रतिबिंबित करते हैं।

ब्लैक बॉडी: एनीडियल ब्लैक बॉडी एक सैद्धांतिक वस्तु है जो उस पर पड़ने वाली सभी उज्ज्वल ऊर्जा को अवशोषित करती है और इसे थर्मल विकिरण के रूप में उत्सर्जित करती है। एक ब्लैक बॉडी के एक इकाई क्षेत्र द्वारा विकीर्ण की गई शक्ति प्लैंक के रेडिएशन लॉ द्वारा दी गई है, और विकिरणित कुल शक्ति स्टीफन-बोल्ट्जमैन लॉ द्वारा व्यक्त की गई है।

थर्मस फ्लास्क: थर्मस फ्लास्क एक विशेष प्रकार की बोतल या फ्लास्क होती है जो इस तरह से बनाई जाती है कि यह ठंडी चीजों को ठंडा और गर्म चीजों को लंबे समय तक गर्म रखती है।
चालन, संवहन और विकिरण के कारण गर्मी का नुकसान कम हो जाता है।

ग्रीनहाउस:  बहुत गर्म पिंड जैसे सूर्य अपनी अधिकांश गर्मी विकिरण को दृश्य प्रकाश और छोटी तरंग दैर्ध्य इन्फ्रा-रेड किरणों के रूप में उत्सर्जित करते हैं जो आसानी से अवशोषित किए बिना कांच से गुजरती हैं। ये किरणें ग्रीनहाउस के अंदर पृथ्वी और वस्तुओं द्वारा अवशोषित होती हैं, जो बदले में, चालन और संवहन द्वारा हवा के तापमान को बढ़ाती हैं। अंदर की वस्तुएं भी ऊष्मा विकीर्ण करती हैं, लेकिन, उनके तुलनात्मक रूप से कम तापमान के कारण वे जो किरणें निकलती हैं, वे लंबी तरंग दैर्ध्य की होती हैं और कांच में प्रवेश नहीं कर पाती हैं।

यह वायुमंडल में मौजूद वाष्प दबाव की मात्रा के माप से संबंधित है।
हाइग्रोमेट्री 

सापेक्षिक आर्द्रता। यह एक ही तापमान पर इसे संतृप्त करने के लिए आवश्यक द्रव्यमान को वायु की दी गई मात्रा में जल वाष्प के द्रव्यमान का अनुपात है।

सापेक्ष आर्द्रता प्रतिशत में व्यक्त की जाती है, सापेक्ष आर्द्रता

= {जल वाष्प का दबाव मौजूद है} / {एक ही अस्थायी पर संतृप्त वाष्प दबाव।} * 100

ओसांक। यह वह तापमान है जिस पर ओस बनना शुरू होता है। इसे उस तापमान के रूप में परिभाषित किया जाता है जिस पर जल वाष्प का अधिकतम दबाव साधारण तापमान पर वायुमंडल में वास्तव में मौजूद जल वाष्प के दबाव के बराबर होता है।

हाइग्रोमीटर। ये वे उपकरण हैं जिनका उपयोग वायु की सापेक्ष आर्द्रता के मापन के लिए किया जाता है। वे:

1. रासायनिक Hygrometer

2. गीले और सूखे बल्ब Hygrometer ओस-बिंदु Hygrometers हैं

(i) डैनियल हाइग्रोमीटर

(ii) रेग्नॉल्ट हाइग्रोमीटर

इंजन गर्म करें

गैसों की विशिष्ट ऊष्मा। स्थिर आयतन पर विशिष्ट ऊष्मा को 1 ° C के माध्यम से गैस के इकाई द्रव्यमान के तापमान को बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाता है, शेष आयतन।

ऊष्मागतिकी के नियम

पहला कानून। जब भी काम को ऊष्मा या इसके विपरीत में परिवर्तित किया जाता है, दो का अनुपात स्थिर होता है। इस कानून द्वारा जब भी गर्मी को यांत्रिक कार्य या ऊर्जा के किसी अन्य रूप में परिवर्तित किया जाता है और इसके विपरीत ऊर्जा की मात्रा जो एक रूप में गायब हो जाती है, हमेशा ऊर्जा के बराबर होती है जो अन्य रूप में प्रकट होती है।

दूसरा कानून। यह बताता है कि गर्मी को एक शरीर से दूसरे तापमान पर तब तक स्थानांतरित किया जा सकता है जब तक कि कुछ काम नहीं किया जाता है।

हीट इंजन। यह एक उपकरण है जिसके माध्यम से ऊष्मा ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

फ्रिज। प्रशीतन सिद्धांत एक तरल के वाष्पीकरण के कारण ठंड के प्रभाव का अनुप्रयोग है। आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले रेफ्रिजरेंट अमोनिया, फ़्रीऑन, कार्बन डाइऑक्साइड और मिथाइल क्लोराइड हैं। सर्द के मानदंड हैं:

1. इसमें वाष्पीकरण की एक बड़ी गर्मी होनी चाहिए।
2. इसके वाष्पों में एक छोटी विशिष्ट मात्रा होनी चाहिए।
3. यह गैर-ज्वलनशील और गैर विषैले होना चाहिए। इसमें शामिल मशीनरी के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया नहीं होनी चाहिए।
4. बाष्पीकरणकर्ता के तापमान पर वाष्प का पर्याप्त दबाव होना चाहिए ताकि वायुमंडलीय हवा को किसी भी संभावित रिसाव के माध्यम से नहीं चूसा जा सके।
5. इसे आसानी से संपीड़ित और कंडेनसर में ठंडा किया जाना चाहिए।

प्रशीतन के प्रकार। दो मुख्य प्रकार के प्रशीतन हैं जो ऊर्जा की आपूर्ति की प्रकृति में भिन्न हैं।

1. संपीड़न प्रकार। इस प्रकार की कार्यशील ऊर्जा को एक कंप्रेसर द्वारा यांत्रिक ऊर्जा के रूप में आपूर्ति की जाती है।
2. अवशोषण प्रकार। फार्म में काम करने वाली ऊर्जा को कोयला गैस आदि जैसे ईंधन के जलने से ऊष्मा ऊर्जा के रूप में आपूर्ति की जाती है।

संपीड़न प्रकार रेफ्रिजरेटर (बर्फ संयंत्र)। इसमें पाँच मुख्य भाग होते हैं।

1. कंप्रेसर
2. कंडेनसर
3. जलाशय
4. रेगुलेटिंग वैल्यू
5. बाष्पीकरण करनेवाला।

प्रेशर द्वारा सुखाए गए सर्द को दिमाग से घिरे कॉइल के माध्यम से वाष्पित होने की अनुमति है। सर्द के इस वाष्पीकरण के लिए आवश्यक गर्मी जो इस मामले में अमोनिया है, नमकीन पानी से ली गई है। इसके परिणामस्वरूप, नमकीन इतना ठंडा हो जाता है कि नमकीन घोल के डिब्बे में रखा पानी जम जाता है।

सोलर कुकर। एक साधारण सौर कुकर लकड़ी, कार्ड-बोर्ड, आदि जैसे इन्सुलेट सामग्री से बना एक बॉक्स है। ग्रीन हाउस प्रभाव द्वारा साइड में गर्मी बनाए रखने के लिए बॉक्स में ग्लास कवर होता है। बॉक्स के अंदर गर्मी अवशोषण को बढ़ाने के लिए सुस्त काले रंग में चित्रित किया गया है। खाना पकाने के बर्तन को बॉक्स में रखा जाता है, जो बदले में, धूप में रखा जाता है। आमतौर पर, इस प्रकार के कुकर का उपयोग केवल वार्मिंग भोजन के लिए किया जाता है, लेकिन कभी-कभी चावल, दाल आदि पकाने के लिए भी इस्तेमाल किया जा सकता है।

थर्मस फ्लास्क। एक थर्मस फ्लास्क दीवारों के बीच एक वैक्यूम के साथ दोहरी दीवार है। एक दूसरे का सामना करने वाले दो आंतरिक कांच की सतहों को चांदी कर दिया जाता है। चांदी की सतह की दीवारें विकिरण द्वारा गर्मी के नुकसान को रोकती हैं। निर्वात संवहन द्वारा गर्मी के नुकसान को भी रोकता है।

प्रेशर कुकर। तरल का क्वथनांक बाहरी दबाव पर निर्भर करता है। जब वायुमंडलीय दबाव 76 सेमी है। पारे का, पानी 100 ° C पर उबलता है। लेकिन जब दबाव बढ़ाया जाता है, तो पानी का क्वथनांक ऊपर उठाया जाता है। प्रेशर कुकर में, बढ़ते दबाव के कारण पानी 100 ° C से अधिक तापमान पर उबलता है। बढ़े हुए उबलते तापमान से पानी को अधिक गर्मी मिलती है जिससे भोजन जल्दी पकता है। अधिक ऊंचाई पर, वायुमंडलीय दबाव कम हो जाता है। यह पानी और भोजन के उबलते बिंदु को कम करता है और खाना पकाने में अधिक समय लगता है। इस प्रकार, हिल स्टेशनों पर खाना पकाने के लिए प्रेशर कुकर अधिक आवश्यक हो जाता है।

एयर कंडीशनिंग। शारीरिक आराम तापमान के साथ-साथ आर्द्रता पर भी निर्भर करता है। एक औसत व्यक्ति के लिए आरामदायक परिस्थितियाँ हैं

(ए) तापमान 23 डिग्री और 25 डिग्री सेल्सियस के बीच और

(बी) 60 और 65 प्रतिशत के बीच सापेक्ष आर्द्रता।

एक एयरकंडिशनर तापमान और आर्द्रता को विनियमित करके इन स्थितियों को प्रदान करता है।

प्रकाश विद्युत चुम्बकीय विकिरण

विद्युत चुम्बकीय तरंगों में आवृत्तियों की एक विशाल श्रृंखला शामिल होती है - रेडियो तरंगों से जिसमें आवृत्तियों के साथ 10 ⁵ हर्ट्ज से कम गामा किरणें होती हैं जिनकी आवृत्तियों 10 ²⁰ हर्ट्ज से अधिक होती हैं । दृश्य प्रकाश केवल आवृत्तियों की सीमा में विद्युत चुम्बकीय विकिरण है 4.3 x 10 ¹⁴ से 7 x 10 ¹⁴ हर्ट्ज। स्पेक्ट्रम के विभिन्न वर्गों के वर्णनात्मक नाम केवल ऐतिहासिक वर्गीकरण हैं, अन्यथा रेडियो तरंगों से लेकर गामा किरणों तक सभी तरंगें प्रकृति में समान हैं, केवल आवृत्ति और तरंग दैर्ध्य में भिन्न हैं।

सभी की वैक्यूम में समान गति (c = 3 x 10 ⁸ m / s) होती है। संबंध, गति = आवृत्ति × तरंगदैर्ध्य सभी विद्युत चुम्बकीय तरंगों के लिए अच्छा है। यदि किसी रेडियो स्टेशन द्वारा भेजी गई रेडियो तरंगों की आवृत्ति ज्ञात है, तो तरंग दैर्ध्य की गणना दी गई आवृत्ति द्वारा 3 x 10 ⁸ m / s विभाजित करके की जा सकती है । उदाहरण के लिए, आवृत्ति 819 kHz पर एक रेडियो स्टेशन द्वारा भेजे गए रेडियो तरंगों की तरंग दैर्ध्य 336 मी है।

रेडियो और टेलीविजन प्रसारण

रेडियो स्टेशनों द्वारा भेजे गए रेडियो तरंगों को आयनमंडल (वायुमंडल का एक हिस्सा जो पृथ्वी से 60 से 500 किमी ऊपर तक फैला हुआ है) से परिलक्षित होता है और पृथ्वी पर कहीं भी प्राप्त किया जा सकता है। आयनमंडल में मामूली अवशोषण के कारण, दूर के स्थानों पर प्राप्त रेडियो सिग्नल कमज़ोर होते हैं। रात में रेडियो रिसेप्शन में सुधार होता है क्योंकि आयनमंडल की परतें सूर्य के प्रकाश के संपर्क में नहीं होती हैं और अधिक व्यवस्थित होती हैं। टेलीविज़न सिग्नल ले जाने वाली उच्च-आवृत्ति तरंगें आयनमंडल में प्रवेश करती हैं और रेडियो सिग्नल की तरह प्राप्त नहीं होती हैं। टेलीविज़न प्रसारण को "लाइन-ऑफ़-विज़न" आधार पर पूरा किया जाता है। यह बताता है कि टेलीविजन कार्यक्रम केवल एक सीमित सीमा में ही क्यों प्राप्त किए जा सकते हैं। पृथ्वी की वक्रता टेलीविजन रिसेप्शन की सीमा को सीमित करती है। हालाँकि,

राडार

रडार (रेडियो डिटेक्शन और रेंजिंग) जहाजों और हवाई जहाज जैसी वस्तुओं का पता लगाने के लिए उच्च तरंग रेडियो तरंगों का उपयोग करता है। एक घूमता हुआ हवाई दालों को बाहर भेजता है जो उन वस्तुओं से परिलक्षित होते हैं जिन पर वे गिरते हैं। ट्रांसमिशन और रिसेप्शनोफ दालों के बीच का समय अंतराल वस्तु की दूरी निर्धारित करने में मदद करता है। स्कैन किए गए क्षेत्र की एक तस्वीर एक विशेष कैथोड रे ट्यूब की स्क्रीन पर निर्मित होती है।