ধাতুতে তাপ পরিবাহিততার মূল নীতি ও প্রয়োগ

তাপীয় পরিবাহিতা একটি বস্তুর মধ্যে বা তাপমাত্রা পার্থক্যের কারণে যোগাযোগের বস্তুর মধ্যে তাপ শক্তির স্থানান্তরকে বোঝায়। এই প্রক্রিয়াটি পদার্থের ম্যাক্রোস্কোপিক আন্দোলন ছাড়াই ঘটে,পরিবর্তে মাইক্রোস্কোপিক কণা মিথস্ক্রিয়া উপর নির্ভরদুটি প্রধান প্রক্রিয়া তাপ পরিবাহিতা চালায়:

• মুক্ত ইলেকট্রন চলাচল:ধাতুতে, মোবাইল ইলেকট্রনগুলি উষ্ণ অঞ্চলে শক্তি অর্জন করে এবং পরমাণুর সাথে সংঘর্ষের মাধ্যমে এটি শীতল অঞ্চলে পরিবহন করে।
• পারমাণবিক/মোলিকুলার কম্পন (ফোনন):অ-ধাতব উপকরণগুলিতে, গরমটি গ্রিটস কম্পনের মাধ্যমে স্থানান্তরিত হয় যা ফোনন হিসাবে ছড়িয়ে পড়ে।

তাপ সবসময় উচ্চতর থেকে নিম্ন তাপমাত্রা অঞ্চলে প্রবাহিত হয় যতক্ষণ না ভারসাম্য অর্জন করা হয়।এই ঘটনা একক বস্তুর মধ্যে এবং যোগাযোগ পৃষ্ঠের মধ্যে উভয় ঘটে - উষ্ণ হাত একটি গরম কফি কাপ ধরা যখন উদাহরণস্বরূপ.

তাপ পরিবাহিতা (কে) একটি উপাদানের তাপ স্থানান্তর ক্ষমতা পরিমাপ করে, যা একক তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট প্রতি তাপ প্রবাহ হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। শাসক সমীকরণটি হলঃ

যেখানে q হল তাপ প্রবাহ (W/m2), k হল তাপ পরিবাহিতা (W/(m·K)), এবং dT/dx তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট (K/m) নির্দেশ করে। উচ্চতর k মানগুলি উচ্চতর তাপ স্থানান্তর ক্ষমতা নির্দেশ করে।

সাধারণভাবে, কঠিন পদার্থগুলি তরল পদার্থের তুলনায় বৃহত্তর তাপ পরিবাহিতা প্রদর্শন করে, যা পরিবাহিতায় গ্যাসকে ছাড়িয়ে যায়।এই শ্রেণিবিন্যাস আণবিক প্যাকিং ঘনত্ব থেকে উদ্ভূত হয় - কঠিন পদার্থের শক্তভাবে সাজানো কাঠামো আরও দক্ষ শক্তি স্থানান্তর সহজতর করেউদাহরণস্বরূপ, বাতাসের নিম্ন পরিবাহিতা (≈0.024 W/(m·K)) এটি নিরোধক জন্য আদর্শ করে তোলে, যখন ধাতুগুলির উচ্চ পরিবাহিতা তাপ সিঙ্ক অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য উপযুক্ত।

তিনটি পৃথক তাপ স্থানান্তর মোড বিভিন্ন শারীরিক নীতির অধীনে কাজ করেঃ

• পরিচালনাঃসরাসরি যোগাযোগের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তর উপাদান আন্দোলন ছাড়া
• কনভেকশন:তরল গতি দ্বারা তাপ স্থানান্তর (যেমন, HVAC সিস্টেম বায়ু প্রচলন)
• বিকিরণঃবৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় তরঙ্গ স্থানান্তর (প্রধানত ইনফ্রারেড), কোন মাধ্যমের প্রয়োজন নেই (যেমন, সৌর গরম)

বেশিরভাগ ব্যবহারিক পরিস্থিতিতে একযোগে তাপমাত্রা বিতরণকে প্রভাবিত করে তাপ স্থানান্তর প্রক্রিয়া জড়িত।

ধাতুগুলির ব্যতিক্রমী পরিবাহিতা তাদের স্থানচ্যুত ইলেকট্রন মেঘ থেকে উদ্ভূত। যখন গরম করা হয়, এই মোবাইল ইলেকট্রনগুলি দ্রুত সংঘর্ষের মাধ্যমে গ্রিডের মাধ্যমে তাপীয় শক্তি ছড়িয়ে দেয়।এই ইলেকট্রন মধ্যস্থতাকারী স্থানান্তর প্রমাণ করে যে অ-ধাতুতে ফোনন পরিবাহিতার চেয়ে আকারের আদেশ বেশি দক্ষ, যা ধাতুগুলির প্রভাবশালী তাপীয় কর্মক্ষমতা ব্যাখ্যা করে।

সাধারণ ধাতুগুলি ঘরের তাপমাত্রায় উল্লেখযোগ্য পরিবাহিতা পরিবর্তন দেখায়ঃ

• রৌপ্য (Ag):429 W/ ((m·K)
• তামা (Cu):401 W/ ((m·K)
• স্বর্ণ (আউ):317 W/ ((m·K)
• অ্যালুমিনিয়াম (Al):২৩৭ ওয়াট/এম কে
• লোহা (Fe):৮০ W/ ((m·K)
• স্টেইনলেস স্টীল:১৬ ওয়াট/এম কে

যদিও রৌপ্য পরিবাহিতায় নেতৃত্ব দেয়, তবে এর ব্যয় বিশেষায়িত অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহারের সীমাবদ্ধতা রয়েছে। তামা এবং অ্যালুমিনিয়াম শিল্প তাপ ব্যবস্থাপনা (হিট সিঙ্ক,সুষম পারফরম্যান্স এবং অর্থনীতির কারণেস্টেইনলেস স্টিলের নিম্ন পরিবাহিতা রান্নাঘর এবং স্টোরেজ পাত্রের মতো তাপ নিরোধক চাহিদা পূরণ করে।

সর্বোত্তম ধাতু নির্বাচন মাল্টি-পরিমাপ মূল্যায়ন প্রয়োজনঃ

• উচ্চ পরিবাহিতা চাহিদাঃঅ্যালুমিনিয়াম (হালকা, অর্থনৈতিক) বা তামা (উচ্চতর কর্মক্ষমতা) ইলেকট্রনিক্স শীতল করার জন্য
• ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতাঃরাসায়নিক প্রক্রিয়াকরণের জন্য স্টেইনলেস স্টীল বা বিশেষ খাদ
• কাঠামোগত চাহিদা:মাঝারি পরিবাহিতা সত্ত্বেও লোড বহনকারী উপাদানগুলির জন্য ইস্পাত
• পারফরম্যান্স অপ্টিমাইজেশানঃতাপ এক্সচেঞ্জারগুলির জন্য খাদ নির্বাচন যা পরিবাহিতা, শক্তি এবং জারা প্রতিরোধের ভারসাম্য বজায় রাখে

উন্নত কম্পোজিটগুলি উন্নত তাপ পরিচালনার জন্য উপাদান সুবিধাগুলি একত্রিত করে। উদাহরণগুলির মধ্যে রয়েছেঃ

• অ্যালুমিনিয়াম-স্টেইনলেস স্টীল হাইব্রিড যা শক্তির সাথে পরিবাহিতা একত্রিত করে
• কার্বন ফাইবার দ্বারা শক্তিশালী কম্পোজিট যা চরম পরিবাহিতা-ওজন অনুপাত প্রদান করে

এই উদ্ভাবনগুলি বিভিন্ন শিল্পে তাপীয় সমাধানের প্রতিশ্রুতি দেয়।