पुरानी भौतिकी, नई सामग्री: शीतकालीन जैकेट आपको कैसे गर्म रखते हैं इसके पीछे का विज्ञान

भौतिकी सदियों से मौजूद है, फिर भी आधुनिक भौतिक नवाचार एक आगे की छलांग का प्रतिनिधित्व करते हैं जिसने उन सिद्धांतों को चमकने दिया।

एक नई चमक के साथ पुराना विज्ञान

हमारे जैसे भौतिक विज्ञानी जो ऊष्मा स्थानांतरण का अध्ययन करते हैं, कभी-कभी थर्मल विज्ञान को “व्यवस्थित” के रूप में देखते हैं। आइजैक न्यूटन ने सबसे पहले 18वीं शताब्दी की शुरुआत में संवहन शीतलन का वर्णन किया था, जो तरल पदार्थ की गति से होने वाली गर्मी की हानि है जो थर्मल ऊर्जा को सतह से दूर ले जाती है। जोसेफ फूरियर के 1822 के ऊष्मा के विश्लेषणात्मक सिद्धांत ने चालन – प्रत्यक्ष भौतिक संपर्क के माध्यम से तापीय ऊर्जा का स्थानांतरण – को गणितीय आधार पर रखा।

19वीं सदी के उत्तरार्ध में जोसेफ़ स्टीफ़न और लुडविग बोल्ट्ज़मैन के काम ने, उसके बाद 20वीं सदी की शुरुआत में मैक्स प्लैंक के काम ने, थर्मल विकिरण – विद्युत चुम्बकीय तरंगों के माध्यम से गर्मी का स्थानांतरण – को आधुनिक भौतिकी का एक स्तंभ बना दिया।

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ये सभी सिद्धांत आधुनिक सामग्री डिज़ाइन को सूचित करते हैं। फिर भी आज जो नया लगता है वह समीकरण नहीं बल्कि कपड़ा है। पिछले दो दशकों में, इंजीनियरों ने बेहद पतले सिंथेटिक फाइबर विकसित किए हैं जो गर्मी को अधिक कुशलता से रोकते हैं और ऐसे उपचार करते हैं जो पानी को सोखने के बजाय प्राकृतिक रूप से नीचे खींचते हैं। उन्होंने छोटे-छोटे छिद्रों से भरी सांस लेने वाली झिल्लियां डिजाइन की हैं जो पसीने को बाहर निकलने देती हैं, पतली परावर्तक परतें जो आपके शरीर की गर्मी को वापस आपकी ओर उछालती हैं, कोटिंग्स जो तापमान बदलने पर गर्मी को जमा करती हैं और छोड़ती हैं, और अल्ट्रालाइट सामग्री।

साथ में, ये नवाचार डिजाइनरों को गर्मी, सांस लेने की क्षमता और आराम पर पहले से कहीं अधिक नियंत्रण प्रदान करते हैं। यही कारण है कि जैकेट अब न्यूटन या फूरियर की कल्पना से कहीं अधिक गर्म, हल्के और सूखे लगते हैं।

जाल स्थिर हवा, रिसाव धीमा

चालन आपके गर्म शरीर से आपके ठंडे परिवेश में गर्मी का सीधा प्रवाह है। सर्दियों में, आपके शरीर से निकलने वाली सारी गर्मी आपको ठंड का एहसास कराती है। इन्सुलेशन हवा को छोटी जेबों के जाल में फंसाकर चालन से लड़ता है, जिससे गर्मी का निकलना धीमा हो जाता है। यह हवा को स्थिर रखता है और गर्मी को बाहर निकलने के लिए अपना रास्ता लंबा कर देता है।

ऊँचे-ऊँचे नीचे पंखों के विशाल, रोएँदार समूह बनते हैं जो पफ़र जैकेट के अंदर मात्रा बनाते हैं। आधुनिक सिंथेटिक फाइबर के साथ मिलकर, नीचे गर्म हवा को स्थिर कर देता है और इसके निकास को धीमा कर देता है। अत्यधिक छिद्रपूर्ण, अल्ट्रालाइट सामग्री से युक्त नए प्रकार के कपड़े जिन्हें एरोजेल कहा जाता है, आश्चर्यजनक रूप से पतली परतों में और भी अधिक इन्सुलेशन पैक करते हैं।

हवा को वश में करो, सीमा परत की रक्षा करो

एक अच्छे शीतकालीन जैकेट को हवा का सामना करने की भी आवश्यकता होती है, जो आपके चारों ओर स्वाभाविक रूप से बनने वाली गर्म हवा की पतली सीमा परत को हटा सकती है। एक अच्छे बाहरी आवरण वाला जैकेट कसकर बुने हुए कपड़े के साथ हवा की पंपिंग क्रिया को रोकता है जो गर्मी को अंदर रखता है। कुछ जैकेटों में लेमिनेशन की एक बाहरी परत भी होती है जो पानी और ठंडी हवा को बाहर रखती है, और एक बुना हुआ पैटर्न होता है जो कफ, हेम, फ्लैप और कॉलर के आसपास गर्मी के रिसाव के किसी भी रास्ते को सील कर देता है।

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कई जैकेट के खोलों पर बाहरी झिल्ली परत जलरोधक और सांस लेने योग्य दोनों है। यह बारिश और बर्फ़ को अंदर जाने से रोकता है, और यह आपके पसीने को जलवाष्प के रूप में बाहर निकलने देता है। यह सुविधा महत्वपूर्ण है क्योंकि इन्सुलेशन, जैसे डाउन, गीला होने पर काम करना बंद कर देता है। यह अपना फुलाना खो देता है और हवा को फँसा नहीं पाता है, जिसका अर्थ है कि आप जल्दी ठंडा हो जाते हैं।

ये गोले हवा को भी रोकते हैं, जो आपके शरीर में बनने वाले गर्म हवा के बुलबुले को बचाता है। हवा और पानी को रोककर, शेल इन्सुलेशन के लिए अपना काम करने और आपको गर्म रखने के लिए एक शांत, शुष्क स्थान बनाता है।

अवरक्त ताप को प्रतिबिंबित करने की नई तरकीबें

शांत हवा में भी, आपका शरीर ऊष्मा ऊर्जा की अदृश्य तरंगें उत्सर्जित करके गर्मी बहाता है। आधुनिक जैकेट नए प्रकार के कपड़े और प्रौद्योगिकी का उपयोग करके इसका समाधान करते हैं जो जैकेट की आंतरिक सतह आपके शरीर की गर्मी को वापस आपकी ओर प्रतिबिंबित करती है। इस प्रकार की सतह में एक सूक्ष्म अंतरिक्ष कंबल प्रभाव होता है जो बिना किसी भार के ध्यान देने योग्य गर्मी जोड़ता है।

हालाँकि, जैकेट निर्माता उस परावर्तक सामग्री को कैसे लागू करते हैं, यह मायने रखता है। पूरी सामग्री को धातु की फिल्म में लपेटने से बहुत अधिक गर्मी प्रतिबिंबित होगी, लेकिन यह पसीने को बाहर नहीं निकलने देगी और आप ज़्यादा गरम हो सकते हैं।

कुछ लाइनर माइक्रो-डॉट पैटर्न का उपयोग करते हैं: परावर्तक बिंदु गर्मी को वापस उछालते हैं जबकि उनके बीच का अंतराल सामग्री को सांस लेने योग्य रखता है और पसीने को बाहर निकलने देता है।

एक अन्य दृष्टिकोण इस तकनीक को परिधान के बाहर तक ले जाता है। कुछ डिज़ाइन गर्मी को ठंडी हवा में फैलने से रोकने के लिए बाहरी आवरण में परावर्तक सामग्री का एक पैटर्न जोड़ते हैं।

जब वे बाहरी बिंदु गहरे रंग के होते हैं, तो वे सूर्य की गर्मी का स्पर्श भी अवशोषित कर सकते हैं। यह प्रभाव खिड़की की कोटिंग के समान है जो अधिक गर्मी जोड़ने के लिए सूरज की रोशनी का लाभ उठाते हुए गर्मी को अंदर रखता है।

गर्मी तभी मायने रखती है जब आप सूखे रहें। पसीना जो बच नहीं पाता वह जैकेट की इन्सुलेशन परत को गीला कर देता है और गर्मी के नुकसान को तेज कर देता है। यही कारण है कि सबसे अच्छी शीतकालीन प्रणालियाँ नमी सोखने वाले आंतरिक कपड़ों को वेंटिंग विकल्पों और झिल्लियों के साथ जोड़ती हैं जिनके छिद्र तरल पानी को बाहर रखते हुए जल वाष्प को बाहर निकलने देते हैं।

क्या आ रहा है

यह वर्णन करना कि पूरे वस्त्रों में ऊष्मा कहाँ से गुजरती है, चुनौतीपूर्ण बनी हुई है, क्योंकि प्रकाश या बिजली के विपरीत, ऊष्मा लगभग हर चीज़ में फैलती है। लेकिन अल्ट्रा-फाइन पैटर्न वाली नई प्रकार की अनूठी सामग्री और सतहें वैज्ञानिकों को बेहतर ढंग से नियंत्रित करने की अनुमति दे रही हैं कि पूरे वस्त्र में गर्मी कैसे फैलती है।

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कपड़ों में गर्मी का प्रबंधन करना इंजीनियरिंग में व्यापक गर्मी-प्रबंधन चुनौती का हिस्सा है जो माइक्रोचिप्स, डेटा सेंटर, अंतरिक्ष यान और जीवन-समर्थन प्रणालियों तक फैला हुआ है। सभी स्थितियों के लिए अभी भी कोई सार्वभौमिक शीतकालीन जैकेट नहीं है; अधिकांश वस्त्र निष्क्रिय होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे अपने वातावरण के अनुकूल नहीं होते हैं। हम उस दिन के लिए कपड़े पहनते हैं जिसके बारे में हम सोचते हैं कि हम उसका सामना करेंगे।

लेकिन कुछ इंजीनियरिंग शोधकर्ता पर्यावरण के अनुकूल वस्त्रों पर काम कर रहे हैं। ऐसे कपड़ों की कल्पना करें जो आर्द्रता बढ़ने पर सूक्ष्म छिद्र खोलते हैं, फिर शुष्क, कड़वी हवा में उन्हें फिर से बंद कर देते हैं। ऐसे चित्र अस्तर जो चमकते सूरज के नीचे अधिक गर्मी प्रतिबिंबित करते हैं और अंधेरे में कम। या वह मचान जो ठंड में बाहर रहने पर फूल जाता है और जब आप घर के अंदर कदम रखते हैं तो आराम मिलता है। यह एक विज्ञान कथा पोशाक की तरह है जिसे व्यावहारिक बनाया गया है: ऐसे कपड़े जो आपके ज़िपर को छूने के बिना ही महसूस करते हैं, निर्णय लेते हैं और सूक्ष्मता से खुद को पुन: कॉन्फ़िगर करते हैं।

आज के जैकेटों को काम करने के लिए थर्मोडायनामिक्स के किसी नए नियम की आवश्यकता नहीं है – वे बुनियादी भौतिकी को सटीक रूप से इंजीनियर सामग्री और विशेष रूप से गर्मी को बनाए रखने के लिए बनाए गए थर्मल कपड़ों के उपयोग के साथ जोड़ते हैं। यही कारण है कि आज के शीतकालीन परिधान एक छलांग की तरह लगते हैं।

यह लेख क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत द कन्वर्सेशन से पुनः प्रकाशित किया गया है। मूल लेख पढ़ें.