তাপ স্থানান্তর

তাপ স্থানান্তর হল তাপীয় শক্তি (Thermal energy) এক বস্তু থেকে অন্য বস্তুতে অথবা কোনো সিস্টেমের মধ্যে বিভিন্ন অংশের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্যের কারণে প্রবাহিত হওয়া। এই প্রক্রিয়া তিনটি প্রধান উপায়ে ঘটে: পরিবহন (Conduction), পরিচলন (Convection) এবং বিকিরণ (Radiation)। প্রকৌশল, পদার্থবিদ্যা, রসায়ন এবং অন্যান্য অনেক বৈজ্ঞানিক ক্ষেত্রে তাপ স্থানান্তরের ধারণা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

তাপ স্থানান্তরের প্রকারভেদ

পরিবহন (Conduction)

পরিবহন হল কঠিন পদার্থের মধ্যে তাপ স্থানান্তরের প্রাথমিক প্রক্রিয়া। যখন কোনো কঠিন বস্তুর এক প্রান্তে তাপ দেওয়া হয়, তখন এর অণুগুলো কম্পিত হতে শুরু করে। এই কম্পন পার্শ্ববর্তী অণুগুলোতে স্থানান্তরিত হয়, যা তাপকে বস্তুর অন্য প্রান্তে পৌঁছে দেয়। পরিবহনের হার বস্তুর তাপ পরিবাহিতা (Thermal conductivity) নামক একটি বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে। উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সম্পন্ন বস্তু, যেমন ধাতু, দ্রুত তাপ পরিবহন করে, যেখানে কম পরিবাহিতা সম্পন্ন বস্তু, যেমন কাঠ বা প্লাস্টিক, ধীরে তাপ পরিবহন করে।

পরিবহনের ক্ষেত্রে ফুরিয়ার সূত্র (Fourier's Law) প্রযোজ্য। এই সূত্র অনুযায়ী, তাপ প্রবাহের হার (Heat flux) তাপমাত্রার gradient এবং তাপ পরিবাহিতার সমানুপাতিক।

পরিবহনের উদাহরণ
বস্তু	তাপ পরিবাহিতা (W/m·K)	ব্যবহার
রৌপ্য (Silver)	429	তাপ এক্সচেঞ্জার
তামা (Copper)	401	বৈদ্যুতিক তার, পাইপিং
অ্যালুমিনিয়াম (Aluminum)	237	হালকা ওজনের পাত্র
লোহা (Iron)	80.4	নির্মাণ সামগ্রী
কাঠ (Wood)	0.15	আসবাবপত্র, নির্মাণ

পরিচলন (Convection)

পরিচলন হল তরল (তরল বা গ্যাস) পদার্থের মধ্যে তাপ স্থানান্তরের প্রক্রিয়া। পরিচলনের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তর মূলত দুটি উপায়ে হয়ে থাকে:

স্বাভাবিক পরিচলন (Natural Convection): এক্ষেত্রে তরলের ঘনত্বে পার্থক্যের কারণে তাপ স্থানান্তর হয়। গরম তরল উপরে উঠে যায় এবং ঠান্ডা তরল নিচে নেমে আসে, যা একটি পরিচলন প্রবাহ (Convection current) তৈরি করে।
প্র enforced পরিচলন (Forced Convection): এক্ষেত্রে বাহ্যিক কোনো বল, যেমন পাখা বা পাম্প, তরলকে চলাচল করতে বাধ্য করে, যা তাপ স্থানান্তরে সাহায্য করে।

পরিচলনের হার তরলের সান্দ্রতা (Viscosity), ঘনত্ব (Density) এবং তাপমাত্রার পার্থক্যের উপর নির্ভর করে। নিউটন শীতলীকরণ সূত্র (Newton's Law of Cooling) পরিচলনের একটি গুরুত্বপূর্ণ উদাহরণ, যেখানে বলা হয়েছে তাপ স্থানান্তরের হার তাপমাত্রার পার্থক্যের সমানুপাতিক।

বিকিরণ (Radiation)

বিকিরণ হল তাপ স্থানান্তরের একমাত্র প্রক্রিয়া যা কোনো মাধ্যম ছাড়াই ঘটতে পারে। সকল বস্তুই তাপ বিকিরণ করে, যার পরিমাণ বস্তুর তাপমাত্রা এবং পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে। সূর্যের তাপ পৃথিবীতে আসা একটি প্রকৃষ্ট উদাহরণ। বিকিরণের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তর স্টিফেন-বোল্টজম্যান সূত্র (Stefan-Boltzmann Law) দ্বারা বর্ণিত হয়, যা অনুযায়ী বিকিরিত শক্তি বস্তুর তাপমাত্রার চতুর্থ ঘাতের সমানুপাতিক।

বিকিরণের উদাহরণ
উৎস	তরঙ্গদৈর্ঘ্য	ব্যবহার
সূর্য (Sun)	দৃশ্যমান আলো, অবলোহিত (Infrared)	সৌর শক্তি
মানব শরীর (Human body)	অবলোহিত (Infrared)	তাপীয় ইমেজিং
বৈদ্যুতিক হিটার (Electric heater)	অবলোহিত (Infrared)	ঘর গরম করা