बाहरी शक्तियों के कार्य के कारण शरीर की आंतरिक ऊर्जा बदल सकती है। गर्मी हस्तांतरण के दौरान आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन को चिह्नित करने के लिए, एक मात्रा जिसे गर्मी की मात्रा कहा जाता है और क्यू द्वारा निरूपित किया जाता है।
अंतरराष्ट्रीय प्रणाली में, गर्मी की मात्रा, साथ ही काम और ऊर्जा की इकाई जौल है: = = = 1 जे।
व्यवहार में, कभी-कभी ऊष्मा की मात्रा की एक ऑफ-सिस्टम इकाई का उपयोग किया जाता है - एक कैलोरी। 1 कैलोरी। = 4.2 जे।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि "गर्मी की मात्रा" शब्द दुर्भाग्यपूर्ण है। इसे ऐसे समय में पेश किया गया था जब यह माना जाता था कि शरीर में कुछ भारहीन, मायावी तरल - कैलोरी होता है। गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया कथित रूप से इस तथ्य में शामिल होती है कि कैलोरी, एक शरीर से दूसरे शरीर में डालने से, एक निश्चित मात्रा में गर्मी होती है। अब, पदार्थ की संरचना के आणविक-गतिज सिद्धांत की मूल बातें जानने के बाद, हम समझते हैं कि शरीर में कोई कैलोरी नहीं है, शरीर की आंतरिक ऊर्जा को बदलने का तंत्र अलग है। हालांकि, परंपरा की शक्ति महान है और हम गर्मी की प्रकृति के बारे में गलत धारणाओं के आधार पर पेश किए गए शब्द का उपयोग करना जारी रखते हैं। साथ ही, गर्मी हस्तांतरण की प्रकृति को समझते हुए, इसके बारे में गलत धारणाओं को पूरी तरह से नजरअंदाज नहीं करना चाहिए। इसके विपरीत, ऊष्मा के प्रवाह और कैलोरी के एक काल्पनिक तरल के प्रवाह के बीच एक सादृश्य बनाकर, ऊष्मा की मात्रा और कैलोरी की मात्रा, कुछ वर्गों की समस्याओं को हल करते समय, चल रही प्रक्रियाओं की कल्पना करना संभव है और समस्याओं का सही समाधान करें। अंत में, गर्मी वाहक के रूप में कैलोरी के बारे में गलत विचारों के आधार पर गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रियाओं का वर्णन करने वाले सही समीकरण एक समय में प्राप्त किए गए थे।
आइए उन प्रक्रियाओं पर अधिक विस्तार से विचार करें जो गर्मी हस्तांतरण के परिणामस्वरूप हो सकती हैं।
एक टेस्ट ट्यूब में थोड़ा पानी डालें और इसे कॉर्क से बंद कर दें। परखनली को तिपाई में लगी छड़ से लटका दें और उसके नीचे एक खुली लौ लाएं। लौ से, परखनली को एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा प्राप्त होती है और उसमें तरल का तापमान बढ़ जाता है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, तरल की आंतरिक ऊर्जा बढ़ती है। इसके वाष्पीकरण की गहन प्रक्रिया होती है। विस्तार करने वाले तरल वाष्प ट्यूब से स्टॉपर को धक्का देने के लिए यांत्रिक कार्य करते हैं।
आइए पीतल की ट्यूब के एक टुकड़े से बनी एक तोप के मॉडल के साथ एक और प्रयोग करें, जिसे एक ट्रॉली पर रखा गया है। एक तरफ, ट्यूब को एबोनाइट प्लग के साथ कसकर बंद कर दिया जाता है, जिसके माध्यम से एक पिन पास की जाती है। तारों को स्टड और ट्यूब में मिलाप किया जाता है, टर्मिनलों में समाप्त होता है जिसे प्रकाश नेटवर्क से सक्रिय किया जा सकता है। गन मॉडल इस प्रकार एक प्रकार का इलेक्ट्रिक बॉयलर है।
तोप के बैरल में थोड़ा पानी डालें और ट्यूब को रबर डाट से बंद कर दें। बंदूक को एक शक्ति स्रोत से कनेक्ट करें। पानी से गुजरने वाला विद्युत प्रवाह इसे गर्म करता है। पानी उबलता है, जिससे इसका तीव्र वाष्पीकरण होता है। जलवाष्प का दबाव बढ़ जाता है और अंत में, वे बंदूक बैरल से कॉर्क को धक्का देने का काम करते हैं।
बंदूक, पीछे हटने के कारण, कॉर्क लॉन्च के विपरीत दिशा में वापस आ जाती है।
दोनों अनुभव निम्नलिखित परिस्थितियों से एकजुट हैं। तरल को विभिन्न तरीकों से गर्म करने की प्रक्रिया में, तरल का तापमान और, तदनुसार, इसकी आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि हुई। तरल को उबालने और तीव्रता से वाष्पित करने के लिए, इसे गर्म करना जारी रखना आवश्यक था।
तरल के वाष्प, उनकी आंतरिक ऊर्जा के कारण, यांत्रिक कार्य करते थे।
हम शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की उसके द्रव्यमान, तापमान परिवर्तन और पदार्थ के प्रकार पर निर्भरता की जांच करते हैं। इन निर्भरताओं का अध्ययन करने के लिए हम पानी और तेल का उपयोग करेंगे। (प्रयोग में तापमान को मापने के लिए, एक विद्युत थर्मामीटर का उपयोग किया जाता है, जो एक दर्पण गैल्वेनोमीटर से जुड़े थर्मोकपल से बना होता है। एक थर्मोकपल जंक्शन को ठंडे पानी के साथ एक बर्तन में उतारा जाता है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि तापमान स्थिर है। अन्य थर्मोकपल जंक्शन तापमान को मापता है। अध्ययन के तहत तरल पदार्थ)।
अनुभव में तीन श्रृंखलाएँ होती हैं। पहली श्रृंखला में, एक विशेष तरल (हमारे मामले में, पानी) के निरंतर द्रव्यमान के लिए, तापमान परिवर्तन पर इसे गर्म करने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा की निर्भरता का अध्ययन किया जाता है। हीटर (इलेक्ट्रिक स्टोव) से तरल द्वारा प्राप्त गर्मी की मात्रा को हीटिंग समय से आंका जाएगा, यह मानते हुए कि उनके बीच एक सीधा आनुपातिक संबंध है। प्रयोग के परिणाम के लिए इस धारणा के अनुरूप होने के लिए, इलेक्ट्रिक स्टोव से गर्म शरीर तक गर्मी का एक स्थिर प्रवाह सुनिश्चित करना आवश्यक है। ऐसा करने के लिए, इलेक्ट्रिक स्टोव को पहले से नेटवर्क से जोड़ा गया था, ताकि प्रयोग की शुरुआत तक इसकी सतह का तापमान बदलना बंद हो जाए। प्रयोग के दौरान तरल के अधिक समान ताप के लिए, हम इसे थर्मोकपल की मदद से ही हिलाएंगे। हम थर्मामीटर की रीडिंग को नियमित अंतराल पर तब तक रिकॉर्ड करेंगे जब तक कि लाइट स्पॉट स्केल के किनारे तक नहीं पहुंच जाता।
आइए हम निष्कर्ष निकालें: किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा और उसके तापमान में परिवर्तन के बीच सीधा आनुपातिक संबंध है।
प्रयोगों की दूसरी श्रृंखला में, हम अलग-अलग द्रव्यमान के समान तरल पदार्थों को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की तुलना करेंगे, जब उनके तापमान में समान मात्रा में परिवर्तन होता है।
प्राप्त मूल्यों की तुलना करने की सुविधा के लिए, दूसरे प्रयोग के लिए पानी का द्रव्यमान पहले प्रयोग की तुलना में दो गुना कम लिया जाएगा।
फिर से, हम नियमित अंतराल पर थर्मामीटर की रीडिंग रिकॉर्ड करेंगे।
पहले और दूसरे प्रयोग के परिणामों की तुलना करते हुए, हम निम्नलिखित निष्कर्ष निकाल सकते हैं।
प्रयोगों की तीसरी श्रृंखला में, हम विभिन्न तरल पदार्थों के समान द्रव्यमान को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की तुलना करेंगे, जब उनके तापमान में समान मात्रा में परिवर्तन होता है।
हम एक इलेक्ट्रिक स्टोव पर तेल गर्म करेंगे, जिसका द्रव्यमान पहले प्रयोग में पानी के द्रव्यमान के बराबर है। हम नियमित अंतराल पर थर्मामीटर की रीडिंग रिकॉर्ड करेंगे।
प्रयोग का परिणाम इस निष्कर्ष की पुष्टि करता है कि शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा उसके तापमान में परिवर्तन के सीधे आनुपातिक होती है और इसके अलावा, पदार्थ के प्रकार पर ऊष्मा की इस मात्रा की निर्भरता को इंगित करती है।
चूँकि प्रयोग में तेल का उपयोग किया गया था, जिसका घनत्व पानी के घनत्व से कम है, और पानी को गर्म करने की तुलना में तेल को एक निश्चित तापमान तक गर्म करने के लिए कम मात्रा में ऊष्मा की आवश्यकता होती है, यह माना जा सकता है कि ऊष्मा की मात्रा शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक उसके घनत्व पर निर्भर करता है।
इस धारणा का परीक्षण करने के लिए, हम एक साथ स्थिर शक्ति के हीटर पर पानी, पैराफिन और तांबे के समान द्रव्यमान को गर्म करेंगे।
उसी समय के बाद, तांबे का तापमान लगभग 10 गुना और पैराफिन पानी के तापमान से लगभग 2 गुना अधिक होता है।
लेकिन कॉपर का घनत्व पानी से ज्यादा और पैराफिन का घनत्व कम होता है।
अनुभव से पता चलता है कि वह मात्रा जो उन पदार्थों के तापमान में परिवर्तन की दर को दर्शाती है जिनसे ऊष्मा विनिमय में शामिल पिंड बने हैं, घनत्व नहीं है। इस मात्रा को पदार्थ की विशिष्ट ताप क्षमता कहा जाता है और इसे अक्षर c द्वारा निरूपित किया जाता है।
विभिन्न पदार्थों की विशिष्ट ताप क्षमता की तुलना करने के लिए एक विशेष उपकरण का उपयोग किया जाता है। डिवाइस में रैक होते हैं जिसमें एक पतली पैराफिन प्लेट और इसके माध्यम से गुजरने वाली छड़ें जुड़ी होती हैं। छड़ों के सिरों पर समान द्रव्यमान के ऐलुमिनियम, स्टील और पीतल के बेलन लगे होते हैं।
हम सिलेंडरों को गर्म बिजली के स्टोव पर खड़े पानी के बर्तन में डुबो कर उसी तापमान पर गर्म करते हैं। आइए गर्म सिलेंडरों को रैक पर ठीक करें और उन्हें फास्टनरों से मुक्त करें। सिलेंडर एक साथ पैराफिन प्लेट को छूते हैं और पैराफिन को पिघलाकर उसमें डूबने लगते हैं। एक ही द्रव्यमान के सिलेंडरों के पैराफिन प्लेट में विसर्जन की गहराई, जब उनका तापमान समान मात्रा में बदलता है, अलग हो जाता है।
अनुभव से पता चलता है कि एल्यूमीनियम, स्टील और पीतल की विशिष्ट ताप क्षमता अलग-अलग होती है।
ठोस पदार्थों के पिघलने, तरल पदार्थों के वाष्पीकरण और ईंधन के दहन के साथ संबंधित प्रयोग करने के बाद, हम निम्नलिखित मात्रात्मक निर्भरताएँ प्राप्त करते हैं।
विशिष्ट मात्रा की इकाइयाँ प्राप्त करने के लिए, उन्हें संबंधित सूत्रों और ऊष्मा की इकाइयों - 1 J, द्रव्यमान - 1 किग्रा, और विशिष्ट ऊष्मा के लिए - और 1 K को परिणामी भावों में प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए।
हमें इकाइयाँ मिलती हैं: विशिष्ट ताप क्षमता - 1 J / kg K, अन्य विशिष्ट ऊष्माएँ: 1 J / kg।
जैसा कि हम पहले से ही जानते हैं, शरीर की आंतरिक ऊर्जा काम करते समय और गर्मी हस्तांतरण (बिना काम किए) दोनों में बदल सकती है। कार्य और ऊष्मा की मात्रा के बीच मुख्य अंतर यह है कि कार्य प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा को परिवर्तित करने की प्रक्रिया को निर्धारित करता है, जो ऊर्जा के एक प्रकार से दूसरे में परिवर्तन के साथ होता है।
यदि आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की सहायता से आगे बढ़ता है गर्मी का हस्तांतरण, ऊर्जा का एक शरीर से दूसरे शरीर में स्थानांतरण किसके कारण होता है ऊष्मीय चालकता, विकिरण, या कंवेक्शन.
उष्मा स्थानान्तरण के दौरान शरीर द्वारा खोई या प्राप्त की जाने वाली ऊर्जा कहलाती है गर्मी की मात्रा।
ऊष्मा की मात्रा की गणना करते समय, आपको यह जानना होगा कि कौन सी मात्राएँ इसे प्रभावित करती हैं।
दो समान बर्नर से हम दो बर्तन गर्म करेंगे। एक बर्तन में 1 किलो पानी, दूसरे में - 2 किलो। दो बर्तनों में पानी का तापमान शुरू में समान होता है। हम देख सकते हैं कि एक ही समय में एक बर्तन में पानी तेजी से गर्म होता है, हालांकि दोनों जहाजों को समान मात्रा में गर्मी प्राप्त होती है।
इस प्रकार, हम निष्कर्ष निकालते हैं: किसी दिए गए पिंड का द्रव्यमान जितना अधिक होता है, उतनी ही अधिक मात्रा में उसके तापमान को कम करने या बढ़ाने के लिए उतनी ही अधिक मात्रा में ऊष्मा का व्यय किया जाना चाहिए।
जब शरीर ठंडा हो जाता है, तो यह पड़ोसी वस्तुओं को जितनी अधिक मात्रा में ऊष्मा देता है, उसका द्रव्यमान उतना ही अधिक होता है।
हम सभी जानते हैं कि अगर हमें पानी की एक पूरी केतली को 50 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर गर्म करने की आवश्यकता है, तो हम इस क्रिया पर कम समय खर्च करेंगे, जबकि केतली को पानी की समान मात्रा के साथ गर्म करने की तुलना में, लेकिन केवल 100 डिग्री सेल्सियस तक। पहले मामले में, दूसरे की तुलना में पानी को कम गर्मी दी जाएगी।
इस प्रकार, हीटिंग के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा सीधे निर्भर करती है कितने डिग्रीशरीर गर्म हो सकता है। हम निष्कर्ष निकाल सकते हैं: गर्मी की मात्रा सीधे शरीर के तापमान के अंतर पर निर्भर करती है।
लेकिन क्या पानी को गर्म करने के लिए नहीं, बल्कि किसी अन्य पदार्थ, जैसे तेल, सीसा या लोहे के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करना संभव है।
एक बर्तन को पानी से और दूसरे को वनस्पति तेल से भरें। पानी और तेल का द्रव्यमान बराबर होता है। दोनों जहाजों को एक ही बर्नर पर समान रूप से गरम किया जाएगा। आइए वनस्पति तेल और पानी के समान प्रारंभिक तापमान पर प्रयोग शुरू करें। पांच मिनट बाद, गर्म तेल और पानी के तापमान को मापने से, हम देखेंगे कि तेल का तापमान पानी के तापमान से बहुत अधिक है, हालांकि दोनों तरल पदार्थों में समान मात्रा में गर्मी प्राप्त होती है।
स्पष्ट निष्कर्ष है: एक ही तापमान पर तेल और पानी के समान द्रव्यमान को गर्म करने पर अलग-अलग मात्रा में ऊष्मा की आवश्यकता होती है।
और हम तुरंत एक और निष्कर्ष निकालते हैं: शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा सीधे उस पदार्थ पर निर्भर करती है जिसमें शरीर स्वयं (पदार्थ का प्रकार) होता है।
इस प्रकार, शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा (या ठंडा करने के दौरान जारी) सीधे दिए गए शरीर के द्रव्यमान, उसके तापमान की परिवर्तनशीलता और पदार्थ के प्रकार पर निर्भर करती है।
ऊष्मा की मात्रा को प्रतीक Q द्वारा निरूपित किया जाता है। अन्य विभिन्न प्रकार की ऊर्जा की तरह, ऊष्मा की मात्रा को जूल (J) या किलोजूल (kJ) में मापा जाता है।
1 केजे = 1000 जे
हालांकि, इतिहास से पता चलता है कि वैज्ञानिकों ने भौतिकी में ऊर्जा जैसी अवधारणा के प्रकट होने से बहुत पहले ही गर्मी की मात्रा को मापना शुरू कर दिया था। उस समय, ऊष्मा की मात्रा को मापने के लिए एक विशेष इकाई विकसित की गई थी - एक कैलोरी (कैलोरी) या एक किलोकैलोरी (किलो कैलोरी)। इस शब्द की लैटिन जड़ें हैं, कैलोरस - गर्मी।
1 किलो कैलोरी = 1000 कैलोरी
कैलोरी 1 ग्राम पानी का तापमान 1 डिग्री सेल्सियस बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा है
1 कैल = 4.19 जे ≈ 4.2 जे
1 किलो कैलोरी = 4190 जे ≈ 4200 जे ≈ 4.2 केजे
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इस पाठ में, हम सीखेंगे कि किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की गणना कैसे करें या ठंडा होने पर उसे कैसे छोड़ें। ऐसा करने के लिए, हम पिछले पाठों में प्राप्त ज्ञान को संक्षेप में प्रस्तुत करेंगे।
इसके अतिरिक्त, हम अन्य राशियों को जानते हुए, शेष राशियों को इस सूत्र से व्यक्त करने और उनकी गणना करने के लिए ऊष्मा की मात्रा के सूत्र का उपयोग करना सीखेंगे। उष्मा की मात्रा की गणना के लिए एक समस्या के उदाहरण पर भी विचार किया जाएगा।
यह पाठ गर्मी की मात्रा की गणना करने के लिए समर्पित है जब एक पिंड गर्म होता है या ठंडा होने पर इसके द्वारा छोड़ा जाता है।
गर्मी की आवश्यक मात्रा की गणना करने की क्षमता बहुत महत्वपूर्ण है। यह आवश्यक हो सकता है, उदाहरण के लिए, एक कमरे को गर्म करने के लिए पानी को प्रदान की जाने वाली गर्मी की मात्रा की गणना करते समय।
चावल। 1. कमरे को गर्म करने के लिए पानी को दी जाने वाली गर्मी की मात्रा
या विभिन्न इंजनों में ईंधन के जलने पर निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना करने के लिए:
चावल। 2. इंजन में ईंधन के जलने पर निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा
साथ ही, इस ज्ञान की आवश्यकता है, उदाहरण के लिए, सूर्य द्वारा छोड़ी जाने वाली ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करने के लिए और पृथ्वी से टकराने के लिए:
चावल। 3. सूर्य द्वारा छोड़ी गई तथा पृथ्वी पर पड़ने वाली ऊष्मा की मात्रा
ऊष्मा की मात्रा की गणना करने के लिए, आपको तीन बातें जानने की आवश्यकता है (चित्र 4):
- शरीर का वजन (जिसे आमतौर पर एक पैमाने से मापा जा सकता है);
- तापमान अंतर जिसके द्वारा शरीर को गर्म करना या ठंडा करना आवश्यक होता है (आमतौर पर थर्मामीटर से मापा जाता है);
- शरीर की विशिष्ट ताप क्षमता (जो तालिका से निर्धारित की जा सकती है)।
चावल। 4. निर्धारित करने के लिए आपको क्या जानने की आवश्यकता है
ऊष्मा की मात्रा की गणना करने का सूत्र इस प्रकार है:
इस सूत्र में निम्नलिखित मात्राएँ हैं:
जूल (J) में मापी गई ऊष्मा की मात्रा;
किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता, में मापी जाती है;
- तापमान अंतर, डिग्री सेल्सियस () में मापा जाता है।
ऊष्मा की मात्रा की गणना करने की समस्या पर विचार करें।
काम
ग्राम द्रव्यमान वाले एक तांबे के गिलास में तापमान पर एक लीटर की मात्रा वाला पानी होता है। एक गिलास पानी में कितनी ऊष्मा स्थानांतरित की जानी चाहिए ताकि उसका तापमान बराबर हो जाए?
चावल। 5. समस्या की स्थिति का चित्रण
सबसे पहले, हम एक छोटी शर्त लिखते हैं ( दिया गया) और सभी मात्राओं को अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (SI) में बदलें।
|
दिया गया: |
एसआई |
|
|
पाना: |
समाधान:
सबसे पहले, निर्धारित करें कि इस समस्या को हल करने के लिए हमें और किन राशियों की आवश्यकता है। विशिष्ट ताप क्षमता (तालिका 1) की तालिका के अनुसार, हम पाते हैं (तांबे की विशिष्ट ताप क्षमता, चूंकि स्थिति के अनुसार कांच तांबा है), (पानी की विशिष्ट ताप क्षमता, चूंकि स्थिति के अनुसार गिलास में पानी होता है)। इसके अलावा, हम जानते हैं कि गर्मी की मात्रा की गणना करने के लिए हमें पानी के द्रव्यमान की आवश्यकता होती है। शर्त के अनुसार, हमें केवल आयतन दिया जाता है। इसलिए, हम टेबल से पानी का घनत्व लेते हैं: (टेबल 2)।
टैब। 1. कुछ पदार्थों की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता,
टैब। 2. कुछ तरल पदार्थों का घनत्व
अब हमारे पास इस समस्या को हल करने के लिए सब कुछ है।
ध्यान दें कि ऊष्मा की कुल मात्रा में तांबे के गिलास को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा और उसमें पानी को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा शामिल होगी:
हम पहले तांबे के गिलास को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की गणना करते हैं:
पानी को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की गणना करने से पहले, हम ग्रेड 7 से परिचित सूत्र का उपयोग करके पानी के द्रव्यमान की गणना करते हैं:
अब हम गणना कर सकते हैं:
तब हम गणना कर सकते हैं:
याद करें कि इसका क्या अर्थ है: किलोजूल। उपसर्ग "किलो" का अर्थ है, अर्थात।
उत्तर:.
गर्मी की मात्रा (तथाकथित प्रत्यक्ष समस्याएं) और इस अवधारणा से जुड़ी मात्राओं को खोजने की समस्याओं को हल करने की सुविधा के लिए, आप निम्न तालिका का उपयोग कर सकते हैं।
|
वांछित मूल्य |
पद |
इकाइयों |
मूल सूत्र |
मात्रा के लिए सूत्र |
|
ताप की मात्रा |
अगले पाठ में, हम प्रयोगशाला कार्य करेंगे, जिसका उद्देश्य यह सीखना है कि किसी ठोस की विशिष्ट ऊष्मा का प्रायोगिक रूप से निर्धारण कैसे किया जाए। सूचीसाहित्य:
गृहकार्य |
चूल्हे पर क्या तेजी से गर्म होता है - एक केतली या पानी की बाल्टी? उत्तर स्पष्ट है - केतली। फिर दूसरा सवाल है क्यों?
उत्तर कम स्पष्ट नहीं है - क्योंकि केतली में पानी का द्रव्यमान कम होता है। महान। और अब आप घर पर सबसे वास्तविक शारीरिक अनुभव स्वयं कर सकते हैं। ऐसा करने के लिए, आपको दो समान छोटे सॉसपैन, समान मात्रा में पानी और वनस्पति तेल की आवश्यकता होगी, उदाहरण के लिए, आधा लीटर प्रत्येक और एक स्टोव। उसी आग पर तेल और पानी के बर्तन रखो। और अब बस देखें कि क्या तेजी से गर्म होगा। यदि तरल पदार्थों के लिए थर्मामीटर है, तो आप इसका उपयोग कर सकते हैं, यदि नहीं, तो आप समय-समय पर तापमान को अपनी उंगली से आजमा सकते हैं, बस सावधान रहें कि आप खुद को जला न दें। किसी भी मामले में, आप जल्द ही देखेंगे कि तेल पानी की तुलना में काफी तेजी से गर्म होता है। और एक और सवाल, जिसे अनुभव के रूप में भी अमल में लाया जा सकता है। कौन सा तेजी से उबलता है - गर्म पानी या ठंडा? सब कुछ फिर से स्पष्ट है - सबसे पहले खत्म करने वाला गर्म होगा। ये सब अजीब सवाल और प्रयोग क्यों? भौतिक मात्रा निर्धारित करने के लिए "ऊष्मा की मात्रा" कहा जाता है।
ताप की मात्रा
ऊष्मा की मात्रा वह ऊर्जा है जिसे शरीर ऊष्मा हस्तांतरण के दौरान खोता या प्राप्त करता है। यह नाम से स्पष्ट है। ठंडा होने पर, शरीर एक निश्चित मात्रा में गर्मी खो देगा, और गर्म होने पर यह अवशोषित हो जाएगा। और हमारे सवालों के जवाब हमें दिखा ऊष्मा की मात्रा किस पर निर्भर करती है?सबसे पहले, शरीर का द्रव्यमान जितना अधिक होता है, उतनी ही अधिक मात्रा में ऊष्मा की मात्रा होती है जिसे उसके तापमान को एक डिग्री बदलने के लिए खर्च करना पड़ता है। दूसरे, किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा उस पदार्थ पर निर्भर करती है जिससे वह बना है, अर्थात पदार्थ के प्रकार पर। और तीसरा, गर्मी हस्तांतरण से पहले और बाद में शरीर के तापमान में अंतर भी हमारी गणनाओं के लिए महत्वपूर्ण है। पूर्वगामी के आधार पर, हम कर सकते हैं सूत्र द्वारा गर्मी की मात्रा निर्धारित करें:
क्यू=सेमी(t_2-t_1) ,
जहाँ Q ऊष्मा की मात्रा है,
एम - शरीर का वजन,
(t_2-t_1) - प्रारंभिक और अंतिम शरीर के तापमान के बीच का अंतर,
सी - पदार्थ की विशिष्ट ताप क्षमता, संबंधित तालिकाओं से पाई जाती है।
इस सूत्र का उपयोग करके, आप किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की गणना कर सकते हैं या यह पिंड ठंडा होने पर निकलेगा।
उष्मा की मात्रा को ऊर्जा के किसी अन्य रूप की तरह जूल (1 J) में मापा जाता है। हालाँकि, यह मान बहुत पहले पेश नहीं किया गया था, और लोगों ने बहुत पहले ही गर्मी की मात्रा को मापना शुरू कर दिया था। और उन्होंने एक ऐसी इकाई का उपयोग किया जो हमारे समय में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है - एक कैलोरी (1 कैलोरी)। 1 कैलोरी 1 ग्राम पानी का तापमान 1 डिग्री सेल्सियस बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा है। इन आंकड़ों द्वारा निर्देशित, खाने वाले भोजन में कैलोरी गिनने के प्रेमी, रुचि के लिए, गणना कर सकते हैं कि दिन के दौरान भोजन के साथ उपभोग की जाने वाली ऊर्जा से कितने लीटर पानी उबाला जा सकता है।
गर्मी विनिमय।
1. हीट ट्रांसफर।
हीट एक्सचेंज या हीट ट्रांसफरबिना काम किए एक शरीर की आंतरिक ऊर्जा को दूसरे शरीर में स्थानांतरित करने की प्रक्रिया है।
तीन प्रकार के ताप हस्तांतरण होते हैं।
1) ऊष्मीय चालकतासीधे संपर्क में निकायों के बीच ताप विनिमय है।
2) कंवेक्शनऊष्मा अंतरण है जिसमें ऊष्मा का स्थानांतरण गैस या तरल प्रवाह द्वारा होता है।
3) विकिरणविद्युत चुम्बकीय विकिरण के माध्यम से गर्मी हस्तांतरण है।
2. ऊष्मा की मात्रा।
ऊष्मा की मात्रा ऊष्मा विनिमय के दौरान किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का माप है। पत्र द्वारा निरूपित क्यू.
ऊष्मा की मात्रा के मापन की इकाई = 1 जे।
गर्मी हस्तांतरण के परिणामस्वरूप एक शरीर द्वारा दूसरे शरीर से प्राप्त गर्मी की मात्रा तापमान बढ़ाने (अणुओं की गतिज ऊर्जा में वृद्धि) या एकत्रीकरण की स्थिति (संभावित ऊर्जा में वृद्धि) को बदलने पर खर्च की जा सकती है।
3. किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता।
अनुभव से पता चलता है कि तापमान T 1 से तापमान T 2 तक द्रव्यमान m के शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा शरीर द्रव्यमान m और तापमान अंतर (T 2 - T 1) के समानुपाती होती है, अर्थात।
क्यू = सेमी(टी 2 - टी 1 ) = साथएमΔ टी,
साथगर्म पिंड के पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा धारिता कहलाती है।
किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता उस ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है जो पदार्थ के 1 किलो को 1 K द्वारा गर्म करने के लिए दी जानी चाहिए।
विशिष्ट ऊष्मा धारिता की इकाई =.
विभिन्न पदार्थों की ताप क्षमता मान भौतिक तालिकाओं में पाए जा सकते हैं।
जब शरीर को ΔT द्वारा ठंडा किया जाता है तो ठीक उतनी ही मात्रा में ऊष्मा Q मुक्त होगी।
4. वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा।
अनुभव बताता है कि किसी तरल को वाष्प में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा तरल के द्रव्यमान के समानुपाती होती है, अर्थात
क्यू = एलएम,
आनुपातिकता का गुणांक कहां है एलवाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा कहलाती है।
वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है जो क्वथनांक पर 1 किलो तरल को भाप में बदलने के लिए आवश्यक होती है।
वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा के लिए माप की इकाई।
विपरीत प्रक्रिया में, भाप का संघनन, ऊष्मा उसी मात्रा में जारी की जाती है जो वाष्पीकरण पर खर्च की गई थी।
5. संलयन की विशिष्ट ऊष्मा।
अनुभव से पता चलता है कि ठोस को तरल में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा शरीर के द्रव्यमान के समानुपाती होती है, अर्थात।
क्यू = λ एम,
जहां आनुपातिकता के गुणांक λ को संलयन की विशिष्ट ऊष्मा कहा जाता है।
संलयन की विशिष्ट ऊष्मा उस ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है जो 1 किलो वजन के ठोस पिंड को गलनांक पर द्रव में बदलने के लिए आवश्यक होती है।
संलयन की विशिष्ट ऊष्मा के लिए माप की इकाई।
विपरीत प्रक्रिया में, एक तरल के क्रिस्टलीकरण, गर्मी को उसी मात्रा में जारी किया जाता है जो पिघलने पर खर्च किया गया था।
6. दहन की विशिष्ट ऊष्मा।
अनुभव से पता चलता है कि ईंधन के पूर्ण दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा ईंधन के द्रव्यमान के समानुपाती होती है, अर्थात।
क्यू = क्यूएम,
जहाँ आनुपातिकता कारक q को दहन की विशिष्ट ऊष्मा कहा जाता है।
दहन की विशिष्ट ऊष्मा ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है जो 1 किलो ईंधन के पूर्ण दहन के दौरान निकलती है।
दहन की विशिष्ट गर्मी के लिए माप की इकाई।
7. ऊष्मा संतुलन समीकरण।
दो या दो से अधिक निकाय ताप विनिमय में शामिल हैं। कुछ पिंड ऊष्मा देते हैं, जबकि अन्य इसे ग्रहण करते हैं। ऊष्मा का स्थानांतरण तब तक होता है जब तक कि पिंडों का तापमान बराबर न हो जाए। ऊर्जा के संरक्षण के नियम के अनुसार, दी गई ऊष्मा की मात्रा प्राप्त की गई मात्रा के बराबर होती है। इसी आधार पर ऊष्मा संतुलन समीकरण लिखा जाता है।
एक उदाहरण पर विचार करें।
द्रव्यमान m 1 का एक पिंड, जिसकी ऊष्मा क्षमता c 1 है, का तापमान T 1 है, और द्रव्यमान m 2 का एक पिंड, जिसकी ताप क्षमता c 2 है, का तापमान T 2 है। इसके अलावा, टी 1 टी 2 से अधिक है। इन निकायों को संपर्क में लाया जाता है। अनुभव से पता चलता है कि एक ठंडा शरीर (एम 2) गर्म होना शुरू हो जाता है, और एक गर्म शरीर (एम 1) ठंडा होने लगता है। इससे पता चलता है कि एक गर्म शरीर की आंतरिक ऊर्जा का हिस्सा ठंडे में स्थानांतरित हो जाता है, और तापमान भी बाहर हो जाता है। आइए हम अंतिम कुल तापमान को θ से निरूपित करें।
ऊष्मा की वह मात्रा जो एक गर्म पिंड से ठंडे पिंड में स्थानांतरित होती है
क्यू तबादला। = सी 1 एम 1 (टी 1 – θ )
एक ठंडे पिंड द्वारा गर्म से प्राप्त ऊष्मा की मात्रा
क्यू प्राप्त हुआ। = सी 2 एम 2 (θ – टी 2 )
ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार क्यू तबादला। = क्यू प्राप्त हुआ।, अर्थात।
सी 1 एम 1 (टी 1 – θ )= सी 2 एम 2 (θ – टी 2 )
आइए हम कोष्ठक खोलें और कुल स्थिर-अवस्था तापमान θ के मान को व्यक्त करें।
इस मामले में तापमान मान θ केल्विन में प्राप्त किया जाएगा।
हालाँकि, क्यू के भावों में उत्तीर्ण। और क्यू प्राप्त होता है। यदि दो तापमानों के बीच अंतर है, और यह केल्विन और डिग्री सेल्सियस दोनों में समान है, तो गणना डिग्री सेल्सियस में की जा सकती है। तब
इस मामले में, तापमान मान θ डिग्री सेल्सियस में प्राप्त किया जाएगा।
ऊष्मा चालन के परिणामस्वरूप तापमान के संरेखण को आणविक गतिज सिद्धांत के आधार पर थर्मल अराजक गति की प्रक्रिया में टकराव के दौरान अणुओं के बीच गतिज ऊर्जा के आदान-प्रदान के रूप में समझाया जा सकता है।
इस उदाहरण को एक ग्राफ के साथ चित्रित किया जा सकता है।