सविस्तर स्पष्टीकरण (Detailed Explanation):
अचूक उत्तर: पर्याय (4)
योग्य उत्तर 8:9 आहे.
Key Points
• सळीमधील उष्णतेचा प्रवाह तिच्या आडव्या छेदाचे क्षेत्रफळ, टोकांमधील तापमानातील फरक यांच्या प्रमाणात असतो आणि तिच्या लांबीच्या व्यस्त प्रमाणात असतो.
• उष्णता प्रवाहाचे सूत्र Q = kAΔT/L आहे, जेथे:
• Q म्हणजे उष्णता प्रवाह.
• k म्हणजे सामग्रीची औष्णिक चालकता.
• A म्हणजे सळीच्या आडव्या छेदाचे क्षेत्रफळ.
• ΔT म्हणजे टोकांमधील तापमानातील फरक.
• L म्हणजे सळीची लांबी.
• समस्येमध्ये दोन सळ्यांच्या लांबी आणि त्रिज्यांचे गुणोत्तर पहिल्या सळीसाठी 1:2 आणि दुसऱ्या सळीसाठी 2:3 असे दिले आहे.
• सळीच्या आडव्या छेदाचे क्षेत्रफळ (A) तिच्या त्रिज्येच्या (r²) वर्गाच्या प्रमाणात असते. म्हणून, आडव्या छेदाचे क्षेत्रफळ त्रिज्यांच्या गुणोत्तरांच्या वर्गाच्या प्रमाणात असेल.
• पहिल्या सळीसाठी, त्रिज्येचे गुणोत्तर 2 आहे, म्हणून आडव्या छेदाचे क्षेत्रफळ गुणोत्तर 2² = 4 होते.
• दुसऱ्या सळीसाठी, त्रिज्येचे गुणोत्तर 3 आहे, म्हणून आडव्या छेदाचे क्षेत्रफळ गुणोत्तर 3² = 9 होते.
• लांबी थेट गुणोत्तरात दिली आहे. पहिल्या सळीची लांबी गुणोत्तर 1 आहे आणि दुसऱ्या सळीची लांबी गुणोत्तर 2 आहे.
• उष्णता प्रवाहाचे गुणोत्तर: Q = kAΔT/L हे सूत्र वापरल्यास, उष्णता प्रवाह A/L च्या प्रमाणात असतो. दोन सळ्यांमधील उष्णता प्रवाहाचे गुणोत्तर असे असेल:
• पहिली सळी: A₁/L₁ = 4/1 = 4
• दुसरी सळी: A₂/L₂ = 9/2 = 4.5
• अशाप्रकारे, उष्णता प्रवाहाचे गुणोत्तर 4:4.5 आहे, जे 8:9 पर्यंत सरळ होते. म्हणून, योग्य उत्तर 8:9 आहे.
Additional Information
• औष्णिक चालकता:
• औष्णिक चालकता (k) हे एखाद्या सामग्रीची उष्णता वाहून नेण्याची क्षमता मोजते. ते दिलेल्या सामग्रीसाठी स्थिर असते.
• धातूच्या सळ्या त्यांच्या उच्च औष्णिक चालकतेमुळे सामान्यतः उष्णतेचे चांगले वाहक असतात, ज्यामुळे त्या उष्णता प्रवाहाशी संबंधित प्रयोगांसाठी आदर्श ठरतात.
• क्षेत्रफळ, लांबी आणि उष्णता प्रवाह यांच्यातील संबंध:
• उष्णता प्रवाह सळीच्या आडव्या छेदाच्या क्षेत्रफळाच्या थेट प्रमाणात आणि तिच्या लांबीच्या व्यस्त प्रमाणात असतो.
• सळीची त्रिज्या वाढवल्याने तिचे आडवे छेदाचे क्षेत्रफळ घातांकाने वाढते (r² च्या प्रमाणात).
• म्हणून, मोठ्या त्रिज्येच्या सळ्या अधिक उष्णता वाहून नेऊ शकतात, इतर सर्व घटक स्थिर मानले तर.
• उष्णता प्रवाहाचे व्यावहारिक अनुप्रयोग:
• उष्णता प्रवाह तत्त्वे उष्णता विनिमयक, रेडिएटर्स आणि इन्सुलेशन सामग्रीसारख्या औष्णिक प्रणालींच्या डिझाइनसाठी महत्त्वपूर्ण आहेत.
• ही तत्त्वे ऑटोमोटिव्ह अभियांत्रिकी, HVAC प्रणाली आणि इलेक्ट्रॉनिक कूलिंग प्रणाली यांसारख्या उद्योगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जातात.
Important Points
• उष्णता संक्रमणातील मुख्य संकल्पना:
• उष्णता संक्रमण वहन, संवहन आणि प्रारण यांच्याद्वारे होते. ही समस्या विशेषतः वहनाशी संबंधित आहे.
• वहन सामग्रीचे गुणधर्म, वस्तूचे परिमाण आणि तापमान प्रवणता यावर अवलंबून असते.
• प्रायोगिक पडताळणी:
• 8:9 यांसारखे सैद्धांतिक गुणोत्तर नियंत्रित सेटअप वापरून प्रायोगिकरित्या पडताळून पाहिले जाऊ शकते जे स्थिर तापमान प्रवणतेखाली उष्णता प्रवाह मोजतात.
• प्रयोगशाळांमध्ये, वहनाचा अभ्यास करण्यासाठी वेगवेगळ्या लांबीच्या आणि आडव्या छेदाच्या क्षेत्रफळाच्या धातूच्या सळ्या सामान्यतः वापरल्या जातात.
The correct answer is 8:9.
Key Points
• Heat flow in a rod is proportional to its cross-sectional area, the temperature difference between the ends, and inversely proportional to its length.
• The formula for heat flow is Q = kAΔT/L, where:
• Q is the heat flow.
• k is the thermal conductivity of the material.
• A is the cross-sectional area of the rod.
• ΔT is the temperature difference between the ends.
• L is the length of the rod.
• The problem provides the ratios of the lengths to radii of two rods as 1:2 for the first rod and 2:3 for the second rod.
• Cross-sectional area (A) of a rod is proportional to the square of its radius (r²). Hence, the cross-sectional areas will be proportional to the square of the radii ratios.
• For the first rod, the radius ratio is 2, so the cross-sectional area ratio becomes 2² = 4.
• For the second rod, the radius ratio is 3, so the cross-sectional area ratio becomes 3² = 9.
• Lengths are given directly as ratios. The first rod has a length ratio of 1, and the second rod has a length ratio of 2.
• Heat flow ratio: Using the formula Q = kAΔT/L, heat flow is proportional to A/L. The ratio of heat flows between the two rods will be:
• First rod: A₁/L₁ = 4/1 = 4
• Second rod: A₂/L₂ = 9/2 = 4.5
• Thus, the ratio of heat flows is 4:4.5, which simplifies to 8:9. Hence, the correct answer is 8:9.
Additional Information
• Thermal conductivity:
• Thermal conductivity (k) is a measure of a material's ability to conduct heat. It is constant for a given material.
• Metal rods are usually good conductors of heat due to their high thermal conductivity, making them ideal for experiments involving heat flow.
• Relationship between area, length, and heat flow:
• Heat flow is directly proportional to the cross-sectional area of a rod and inversely proportional to its length.
• Increasing the radius of a rod increases its cross-sectional area exponentially (proportional to r²).
• Hence, rods with larger radii can conduct more heat, assuming all other factors remain constant.
• Practical applications of heat flow:
• Understanding heat flow principles is critical for designing thermal systems such as heat exchangers, radiators, and insulation materials.
• These principles are widely used in industries like automotive engineering, HVAC systems, and electronic cooling systems.
Important Points
• Key concepts in heat transfer:
• Heat transfer occurs through conduction, convection, and radiation. The problem specifically addresses conduction.
• Conduction depends on material properties, dimensions of the object, and the temperature gradient.
• Experimental verification:
• Theoretical ratios like 8:9 can be verified experimentally using controlled setups that measure heat flow under constant temperature gradients.
• In laboratories, metal rods of varying lengths and cross-sectional areas are commonly used to study conduction.