வெப்பக் கடத்தல்

வெப்ப மாற்றத்தில், கடத்தல் அல்லது வெப்பக் கடத்தல் (thermal conduction) என்பது வெப்பநிலை வேறுபாட்டால்(temperature gradient) உருவாகும் மூலக்கூற்று மோதல்களின் காரணமாக ஏற்படும் வெப்பப் பெயர்ச்சி (heat transfer) ஆகும். வெப்பக் கடத்தல் திண்மம், திரவம், வாயு ஆகிய மூன்று நிலைகளிலும் நடைபெறும். ஒரு பொருளினுள்ளே அல்லது இரு பொருள்கள் ஒன்றுக்கொன்று நேரடி அல்லது மறைமுகத் தொடுதலில் இருக்கும் போது மட்டுமே வெப்பக் கடத்தல் நடைபெறும். வெப்பக் கடத்தலின் அளவு கடத்தும் பொருளின் வெப்பக் கடத்து திறனைச்(thermal conductivity) சார்ந்தது.

வெப்பக் கதிர்வீச்சு (thermal radiation) இரு பொருள்களுக்கு இடையே வெப்பப் பெயர்ச்சி நடைபெறும் நிகழ்வாகும். எந்த ஒரு ஊடகம் இல்லாமலும் வெப்பக் கதிர் வீச்சு நடைபெறும். ஆனால், வெப்பக் கடத்தல் பொருளின் உள்ளே வெப்பம் கடத்தப்படும் நிகழ்வு. வெப்பக் கடத்தல் ஊடகம் இன்றி நடைபெறுவது இல்லை. வெப்பச் சலனம்(thermal convection) மற்ற இரண்டு வெப்பப் பெயர்ச்சிகளிலும் இருந்து சற்றே வேறுபட்ட நிகழ்வு. திண்மம் மற்றும் திரவ ஊடகங்களுக்கு இடையே பெரிய அளவிலான நகர்வு இருக்கும் போது வெப்பம் ஓர் இடத்தில் இருந்து மற்றோர் இடத்துக்கு நகர்வதே வெப்பச் சலனம் ஆகும். இதனைச் சிலர் சிறப்பு வகை வெப்பக் கடத்தல் என்றும் கூறுவதுண்டு.

உலோகக் கோலொன்றின் யாதேனுமொரு பகுதியை வெப்பமேற்றும் போது அப்பகுதியில் காணப்படும் சுயாதீன இலத்திரன்கள் இயக்க சக்தியைப் பெற்று வேகமாக அதிர்வடைய ஆரம்பிக்கும். அவை எழுமாறாக இயங்கி ஏனைய சுயாதீன இலத்திரன்களுடன் மோதுவதன் மூலம் வெப்பசக்தி கடத்தப்படும். வெப்பக்கடத்தலானது மூலக்கூறுகளின் அதிர்வின் மூலமும் கடத்தப்பட்டாலும் அது குறைந்த செல்வாக்கையே வெப்பக்கடத்தலில் ஏற்படுத்தும். எனவே தான் சுயாதீன இலத்திரன்களைக் கொண்ட உலோகங்களும், காரீயமும் வெப்பத்தை நன்றாகக் கடத்தும்.

திட, திரவ, வாயுக்களில் வெப்பக் கடத்தல்

மற்ற இரு நிலைகளைக் காட்டிலும் திடப்பொருள்களில் மூலக்கூறுகள் இறுக்கமாகக் கட்டப்பட்டிருக்கின்றன. திடப்பொருள் ஒன்றில் வெப்பம் ஏற்றும் போது அதிர்வடையும் ஒரு மூலக்கூறு அருகில் உள்ள மற்றோர் மூலக்கூற்றை எளிதாக அதிர்வடையச் செய்து வெப்பத்தைக் கடத்துகிறது. எனவே தான் உலோகங்களின் வெப்பக் கடத்துதிறன் அதிகம். திடப்பொருள்களில் வெப்பம் கடத்தப்படுவதற்கான இரு காரணங்கள் பின்வருமாறு. 1. தனித்த எலக்ட்ரான்களின் (free electrons) பெயர்வு (உலோகங்கள் தனித்த எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டிருப்பதால் மின்சாரம் மற்றும் வெப்பத்தை நன்றாகக் கடத்துகின்றன. 2. லேட்டிஸ் அதிர்வுகள் (lattice vibrations)

திரவ மற்றும் வாயுப் பொருள்களில் வெப்பக் கடத்தல் நடைபெறுவதற்கான காரணங்கள் கீழே. 1. திரவங்களில் விரவுதல் (diffusion) மற்றும் மூலக்கூற்று மோதல்களின் விளைவாக வெப்பப் பெயர்ச்சி நடைபெறும். 2. வாயுக்களில் மூலக்கூறுகளின் தொடர்ச்சியான ஒழுங்கற்ற நகர்வு காரணமாக மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே நடைபெறும் மோதல் (collision) வெப்பப் பெயர்ச்சிக்கு வழிவகுக்கிறது. இவ்வாறு மோதுவதால் ஒரு மூலக்கூற்றின் ஆற்றல் மற்றோர் மூலக்கூற்றுக்குப் பரிமாற்றம் செய்யப்படுகிறது.

வெப்பக் கடத்தல் விதி

வெப்பப் பெயர்ச்சி வீதமானது (rate of heat transfer) கடத்தும் பொருளின் குறுக்கு வெட்டுப்பரப்பு மற்றும் வெப்பநிலை வேறுபாட்டுக்கு நேர்தகவிலும், அதன் தடிமனுக்கு எதிர்த்தகவிலும் இருக்கும். இது வெப்பக் கடத்தலின் பூரியர் விதி என்றழைக்கப்படுகிறது.

                    Q = -kA (dT/dx)

இங்கு Q - வெப்பக் கடத்தல் வீதம்

      A - குறுக்கு வெட்டுப் பரப்பு 
      dT - வெப்பநிலை வேறுபாடு
      k - வெப்பக் கடத்துதிறன்  
      dx - தடிமனைக் குறிக்கிறது.