BPSC 70वीं CCE प्रारंभिक सामान्य अध्ययन · प्रश्न 12 / 143

सही — B, विकिरण। ऊष्मा ठीक तीन तरीक़ों से चलती है, और प्रश्न का वाक्यांश 'जिसके लिए किसी माध्यम की आवश्यकता नहीं होती' उनमें से एक की परिभाषा है। चालन ऊर्जा को संपर्क में रखे किसी पदार्थ के भीतर अणु से अणु तक पहुँचाता है, बिना पदार्थ के स्वयं थोक में हिले, इसलिए उसे गुज़रने के लिए पदार्थ चाहिए। संवहन ऊर्जा को गरम हुए तरल को भौतिक रूप से हिलाकर ढोता है — गरम तरल फैलता है, कम घना हो जाता है, ऊपर उठता है, और उसके पीछे ठंडा तरल बह आता है — इसलिए उसे ऐसा द्रव या गैस चाहिए जो बह सके। विकिरण दोनों से क़िस्म में ही अलग है: यह विद्युत-चुंबकीय तरंगों द्वारा, अधिकतर अवरक्त पट्टी में, ढोई जाने वाली ऊर्जा है, और विद्युत-चुंबकीय तरंगों को चलने के लिए कुछ भी नहीं चाहिए। वे रिक्त अंतरिक्ष को प्रकाश की चाल से पार कर जाती हैं। रोज़मर्रा का प्रमाण अत्यंत भारी है और सीधे सिर के ऊपर टँगा है। सूर्य और पृथ्वी के बीच लगभग 15 करोड़ किलोमीटर का लगभग-निर्वात है, और फिर भी वह लगभग समूची ऊर्जा जो पृथ्वी के मौसम, उसकी जलवायु, उसकी पवनों और महासागरीय धाराओं तथा उस पर की हर खाद्य-शृंखला को चलाती है, इस अंतराल को लगभग आठ मिनट बीस सेकंड में पार कर आती है। न चालन उस पार एक जूल पहुँचा सकता था, न संवहन, क्योंकि बीच में चालन करने या परिसंचरण करने लायक कुछ है ही नहीं। विकिरण केवल ऊँचे तापमानों पर नहीं, सर्वत्र चलता है: परम शून्य से ऊपर की हर वस्तु उसे उत्सर्जित करती है, और उत्सर्जित शक्ति परम ताप की चौथी घात के अनुपात में बढ़ती है — यही संबंध स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मान नियम कहता है। इसीलिए कोई गरम वस्तु निर्वात कक्ष के भीतर भी ठंडी होती है, और इसीलिए पृथ्वी रात में अपनी ऊष्मा अंतरिक्ष को खो देती है।

• (a)प्रतिबिंब — प्रतिबिंब — यह ऊष्मा-स्थानांतरण की कोई विधि है ही नहीं, और इसी से यह सूची की बेमेल मद बनती है, न कि थोड़े में चूकने वाला विकल्प। परावर्तन वह है जो विकिरण के साथ तब होता है जब वह किसी सतह से टकराकर लौट आता है; वह ऊर्जा की दिशा बदलता है, उसे किसी गरम पिंड से किसी ठंडे पिंड तक ढोता नहीं। ऊष्मा-प्रौद्योगिकी में इसका सचमुच उपयोग होता है — निर्वात फ़्लास्क की चाँदी चढ़ी दीवारें और सौर कुकर की दर्पण-तश्तरी दोनों इसी का लाभ उठाते हैं — पर स्थानांतरण की क्रियाविधि के रूप में इसका अस्तित्व नहीं है, और यह यहाँ उन अभ्यर्थियों को पकड़ने के लिए है जिनके मन में 'विकिरण' शब्द चल रहा हो और वे उससे जुड़े किसी प्रकाशिकी वाले पद पर हाथ रख दें।
• (c)संवहन — संवहन — तीनों में सबसे अधिक पदार्थ माँगने वाली विधि, क्योंकि वह माध्यम को ही भौतिक रूप से हिलाकर काम करती है। उसे कोई तरल चाहिए, अर्थात द्रव या गैस, और वह न ठोस में हो सकती है और न निर्वात में। पृथ्वी पर ऊष्मा का लगभग हर बड़े पैमाने का संचलन संवहनी है: थल और समुद्र समीर, मानसून परिसंचरण, कड़ाही में पानी का उबलना, कार के इंजन में शीतलक का घूमना। जो अभ्यर्थी 'संवहन' पढ़कर खुली हवा के बारे में सोचता है, वह यह मान बैठ सकता है कि यह बिना माध्यम के चलता है, पर हवा ही तो माध्यम है।
• (d)संचालन — संचालन (चालन) — उस हर व्यक्ति के लिए सबसे लुभावना ग़लत उत्तर जिसे आधा-अधूरा याद है कि तीनों विधियों में से एक विशेष है, क्योंकि लोगों से सबसे अधिक चालन के बारे में ही पूछा जाता है। इसे माध्यम चाहिए और उससे भी बढ़कर सीधा संपर्क चाहिए: ऊर्जा अणु से अणु तक जाती है, और धातुओं में उसे मुक्त इलेक्ट्रॉन ढोते हैं, इसीलिए धातुएँ लकड़ी या हवा से कहीं बेहतर चालन करती हैं। गरम चाय में छोड़ा गया इस्पात का चम्मच अपनी पूरी लंबाई में चालन से गरम हो जाता है। निर्वात में चालन करने के लिए कुछ होता ही नहीं, इसलिए वह ठीक उसी कारण अयोग्य हो जाता है जिस कारण विकिरण नहीं होता।

ऊष्मा-स्थानांतरण की तीनों विधियाँ इस आधार पर अलग होती हैं कि उन्हें काम करने के लिए क्या चाहिए, और यही एक प्रश्न इस विषय की अधिकांश परीक्षा-मदों को तय कर देता है। चालन को माध्यम चाहिए और वह ठोसों में, विशेषकर धातुओं में, सबसे अच्छा चलता है, क्योंकि मुक्त इलेक्ट्रॉन ऊर्जा को तेज़ी से ढोते हैं; गैसें सबसे ख़राब चालक हैं, और इसीलिए ऊन, फ़ोम या दोहरे शीशे वाली खिड़की में क़ैद ठहरी हवा इतना अच्छा रोधन करती है। संवहन को ऐसा तरल माध्यम चाहिए जो थोक में हिल सके, इसलिए वह ठोसों में असंभव है। विकिरण को कोई माध्यम नहीं चाहिए और वह हवा में भी उतना ही चलता है जितना निर्वात में। निर्वात फ़्लास्क वह कक्षा-प्रदर्शन है जो तीनों को एक साथ बाँध देता है, क्योंकि वह ठीक इसी तरह बना है कि हर एक को बारी-बारी हरा दे: काँच की दो दीवारें, जिनके बीच की हवा खींच ली गई है, वह पदार्थ हटा देती हैं जो चालन और संवहन को चाहिए होता; आमने-सामने की सतहों पर चाँदी चढ़ी है ताकि विकिरण बाहर निकलने के बजाय पात्र में ही लौटा दिया जाए; और ढक्कन तथा पतले सहारे ख़राब चालकों के बने होते हैं ताकि जो ठोस रास्ता बचा है उससे बहुत कम ऊष्मा रिसे। थर्मस की हर विशेषता का कारण समझ लीजिए और पूरा विषय समझ में आ गया।

प्रश्न को प्रश्न की तरह नहीं, परिभाषा की तरह पढ़िए। 'ऊष्मा स्थानांतरण जिसके लिए किसी माध्यम की आवश्यकता नहीं होती' विकिरण की मानक पाठ्यपुस्तकीय परिभाषा है, इसलिए सबसे तेज़ रास्ता सीधी पहचान है। पहचान चूक जाए तो निष्कासन कीजिए। परावर्तन तीनों विधियों में है ही नहीं और केवल इसी आधार पर काटा जा सकता है। चालन और संवहन वही दो विधियाँ हैं जिनकी परिभाषा ही उनके माध्यम से बनती है — चालन संपर्क में रखे पदार्थ के भीतर से, संवहन गतिमान पदार्थ के द्वारा — इसलिए बचता केवल विकिरण है। कभी न चूकने वाली तर्क-जाँच सूर्य है। पूछिए कि इनमें से कौन 15 करोड़ किलोमीटर के रिक्त अंतरिक्ष के पार ऊष्मा ढो सकता है, और केवल एक उत्तर बचेगा। यही कसौटी उलटकर भी साथ रखने लायक है, क्योंकि BPSC और UPSC दोनों को इसे उस रूप में पूछना पसंद है: आग से चेहरे पर महसूस होती ऊष्मा विकिरण है, कड़ाही के हत्थे से महसूस होती ऊष्मा चालन है, और पूरे कमरे का गरम हो जाना संवहन है। एक ही आग, तीन विधियाँ, और हर बार विभेदक यही कि पदार्थ का होना ज़रूरी था या नहीं और उसका हिलना ज़रूरी था या नहीं।

• तीनों विधियाँ: चालन को माध्यम और सीधा संपर्क चाहिए और उसमें पदार्थ थोक में हिलता नहीं, संवहन को ऐसा तरल माध्यम चाहिए जो भौतिक रूप से हिले, और विकिरण को कोई माध्यम नहीं चाहिए तथा वह विद्युत-चुंबकीय तरंगों के रूप में लगभग 3 x 10^8 मीटर प्रति सेकंड की चाल से चलता है।
• सौर ऊर्जा पृथ्वी तक पहुँचने के लिए लगभग 15 करोड़ किलोमीटर का लगभग-निर्वात पार करती है, जिसमें लगभग आठ मिनट बीस सेकंड लगते हैं — यह यात्रा केवल विकिरण कर सकता है।
• परम शून्य से ऊपर का हर पिंड विकिरण करता है। स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मान नियम उत्सर्जित शक्ति को परम ताप की चौथी घात के समानुपाती बनाता है, इसलिए तापमान की मामूली वृद्धि भी उत्सर्जन में तीखी वृद्धि कर देती है।
• वीन का विस्थापन नियम पिंड के गरम होते जाने पर शिखर तरंगदैर्घ्य को छोटा करता जाता है: सूर्य अधिकतर दृश्य और निकट-अवरक्त प्रकाश में विकिरण करता है, जबकि कहीं ठंडी पृथ्वी दूर-अवरक्त में पुनर्विकिरण करती है — और यही बाहर जाता दीर्घ-तरंग अवरक्त है जिसे ग्रीनहाउस गैसें सोखती हैं।
• निर्वात फ़्लास्क तीनों विधियों को एक साथ रोकता है: उसकी दोहरी दीवारों के बीच का निर्वात वह पदार्थ हटा देता है जो चालन और संवहन को चाहिए, और चाँदी चढ़ी सतहें विकिरण को वापस लौटा देती हैं।
• धातुएँ सबसे अच्छा चालन इसलिए करती हैं कि ऊर्जा मुक्त इलेक्ट्रॉन ढोते हैं; क़ैद ठहरी हवा सबसे ख़राब चालकों में है, और इसीलिए ऊन, फ़ोम और दोहरा शीशा रोधन करते हैं।

• परावर्तन को ऊष्मा-स्थानांतरण की चौथी विधि मान लेना। वह किसी सतह पर विकिरण का व्यवहार है, गरम पिंड से ठंडे पिंड तक ऊष्मा ले जाने का तरीक़ा नहीं।
• यह मान लेना कि चूँकि संवहन खुली हवा में होता है इसलिए उसे माध्यम नहीं चाहिए। हवा ही माध्यम है, और निर्वात में संवहन पूरी तरह रुक जाता है।
• उन दो विधियों को गड्डमड्ड कर देना जिन्हें पदार्थ चाहिए। चालन ऊष्मा को ऐसे पदार्थ के भीतर से पहुँचाता है जो अपनी जगह टिका रहता है; संवहन पदार्थ को ही हिलाकर ऊष्मा ढोता है।

BPSC इसे विद्यालयी विज्ञान के पाठ्यक्रम से सीधे उठाई गई एक-पंक्ति की परिभाषात्मक स्मृति के रूप में पूछता है, और विकल्प-सूची इस तरह गढ़ता है कि उसमें दो असली विधियों के साथ एक ऐसा शब्द भी जोड़ दे जो ऊष्मा-स्थानांतरण की विधि है ही नहीं — यहाँ 'प्रतिबिंब' — ताकि वह अभ्यर्थी भी पकड़ा जा सके जिसे केवल इतना पता है कि विधियाँ तीन हैं। UPSC परिभाषा लगभग कभी नहीं पूछता। वह उसके बजाय किसी वास्तविक व्यवस्था के भीतर विधि पहचानने को कहता है — कार का रेडिएटर किस सिद्धांत पर काम करता है, या बादलों वाली रात साफ़ रात से गरम क्यों होती है — इसलिए वही तीन विचार वहाँ किसी उपकरण या मौसम-प्रेक्षण के साथ अनुप्रयोग-प्रश्न बनकर आते हैं।

• अभ्यास — वास्तविक विगत वर्ष प्रश्न नहीं

  सूर्य से ऊष्मा पृथ्वी तक मुख्यतः किस प्रक्रिया द्वारा पहुँचती है

  • (a)चालन
  • (b)संवहन
  • (c)विकिरण
  • (d)चालन और उसके बाद संवहन

  उत्तर(c) विकिरण — सूर्य और पृथ्वी के बीच का अंतरिक्ष लगभग पूर्णतः निर्वात है, और निर्वात को केवल विकिरण पार करता है। चालन और संवहन दोनों को पदार्थ चाहिए।

• अभ्यास — वास्तविक विगत वर्ष प्रश्न नहीं

  थर्मस फ़्लास्क की दोनों दीवारों के बीच का निर्वात मुख्यतः किस प्रकार की ऊष्मा-हानि रोकने का काम करता है

  • (a)केवल विकिरण
  • (b)चालन और संवहन
  • (c)परावर्तन
  • (d)वाष्पन

  उत्तर(b) चालन और संवहन — दोनों को पदार्थ चाहिए, और निर्वात वही पदार्थ हटा देता है। विकिरण निर्वात को फिर भी पार कर जाता है, इसीलिए फ़्लास्क की दीवारों पर उसे लौटाने के लिए अलग से चाँदी चढ़ाई जाती है।