चतुर्थ याकोवलेव | भौतिकी पर सामग्री | MathUs.ru
आणविक भौतिकी और ऊष्मागतिकी
यह मैनुअल दूसरे खंड ¾आणविक भौतिकी को समर्पित है। भौतिकी में यूएसई कोडिफायर का थर्मोडायनामिक्स¿। इसमें निम्नलिखित विषयों को शामिल किया गया है।
पदार्थ के परमाणुओं और अणुओं की ऊष्मीय गति। एक प्रकार कि गति। प्रसार. परमाणु सिद्धांत का प्रायोगिक साक्ष्य। पदार्थ के कणों की परस्पर क्रिया.
गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों की संरचना के मॉडल।
आदर्श गैस मॉडल. आदर्श गैस अणुओं की तापीय गति के दबाव और औसत गतिज ऊर्जा के बीच संबंध। निरपेक्ष तापमान। गैस के तापमान का उसके कणों की औसत गतिज ऊर्जा से संबंध। समीकरण पी = एनकेटी। मेंडेलीव का क्लैपेरॉन का समीकरण।
आइसोप्रोसेस: इज़ोटेर्माल, आइसोकोरिक, आइसोबैरिक, एडियाबेटिक प्रक्रियाएं।
संतृप्त और असंतृप्त जोड़े. हवा मैं नमी।
पदार्थ की समग्र अवस्था में परिवर्तन: वाष्पीकरण और संघनन, तरल का उबलना, पिघलना और क्रिस्टलीकरण। चरण संक्रमण में ऊर्जा परिवर्तन।
आंतरिक ऊर्जा। तापीय संतुलन. गर्मी का हस्तांतरण। ऊष्मा की मात्रा. किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता। ऊष्मा संतुलन समीकरण.
थर्मोडायनामिक्स में काम करें। ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम.
थर्मल मशीनों के संचालन के सिद्धांत। ताप इंजन दक्षता. ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम. ऊर्जा एवं पर्यावरण संरक्षण की समस्याएँ।
मैनुअल में कुछ अतिरिक्त सामग्री भी शामिल है जो यूएसई कोडिफायर में शामिल नहीं है (लेकिन स्कूल पाठ्यक्रम में शामिल है!)। यह सामग्री आपको कवर किए गए विषयों को बेहतर ढंग से समझने की अनुमति देती है।
1.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.3 तरल पदार्थ। . . . . . 10
आण्विक भौतिकी के मूल सूत्र | |||
तापमान | |||
थर्मोडायनामिक प्रणाली. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |||
थर्मल संतुलन. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |||
तापमान पैमाना. निरपेक्ष तापमान . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |||
राज्य का आदर्श गैस समीकरण | |||
गैस कणों की औसत गतिज ऊर्जा. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |||
5.2 एक आदर्श गैस के एमकेटी का मूल समीकरण. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5.3 कण ऊर्जा और गैस तापमान. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
6.1 थर्मोडायनामिक प्रक्रिया. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
6.2 इज़ोटेर्मल प्रक्रिया. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
6.3 इज़ोटेर्मल प्रक्रिया ग्राफ़. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
6.4 समदाब रेखीय प्रक्रिया. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
6.5 आइसोबैरिक प्रक्रिया के प्लॉट. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
आइसोकोरिक प्रक्रिया. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | ||
आइसोकोरिक प्रक्रिया प्लॉट. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | ||
7 संतृप्त भाप | ||
7.1 वाष्पीकरण एवं संघनन
7.2 गतिशील संतुलन. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
7.3 संतृप्त भाप गुण. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
8.1 एक मोनोआटोमिक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
8.2 स्थिति फ़ंक्शन. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
8.3 आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन: कार्य करना. . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
8.4 आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन: ऊष्मा स्थानांतरण . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
8.5 ऊष्मीय चालकता. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
10 चरण परिवर्तन |
10.1 पिघलना और क्रिस्टलीकरण. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
10.2 पिघलने का चार्ट. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
10.3 संलयन की विशिष्ट ऊष्मा. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
10.4 क्रिस्टलीकरण चार्ट. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
10.5 वाष्पीकरण और संघनन. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
10.6 उबलना। . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
10.7 उबलने का शेड्यूल। . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
10.8 संघनन वक्र. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
11 ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम |
11.1 एक आइसोबैरिक प्रक्रिया में गैस का कार्य. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
11.2 गैस एक मनमानी प्रक्रिया में काम करती है. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
11.3 गैस पर किया गया कार्य. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
11.4 ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
11.5 आइसोप्रोसेस में थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम का अनुप्रयोग. . . . . . . . . . . . . 46
11.6 रुद्धोष्म प्रक्रिया. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
12.1 ताप इंजन. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
12.2 प्रशीतन मशीनें. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
13.1 प्रकृति में प्रक्रियाओं की अपरिवर्तनीयता. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
13.2 क्लॉसियस और केल्विन की अभिधारणाएँ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
1 प्रमुख बिंदुआणविक गतिज सिद्धांत
महान अमेरिकी भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन, प्रसिद्ध पाठ्यक्रम ¾फेनमैन लेक्चर्स ऑन फिजिक्स¿ के लेखक, अद्भुत शब्दों के मालिक हैं:
यदि, किसी प्रकार की वैश्विक आपदा के परिणामस्वरूप, सभी संचित वैज्ञानिक ज्ञान नष्ट हो जाएगा और केवल एक वाक्यांश जीवित प्राणियों की भावी पीढ़ियों तक पहुंच जाएगा, तो सबसे कम शब्दों से बना कौन सा कथन, सबसे अधिक लाएगा जानकारी? मेरा मानना है कि यह एक परमाणु परिकल्पना है (आप इसे परिकल्पना नहीं, बल्कि एक तथ्य कह सकते हैं, लेकिन इससे कुछ भी नहीं बदलता है): सभी पिंड छोटे पिंडों के परमाणुओं से बने होते हैं जो निरंतर गति में होते हैं, कम दूरी पर आकर्षित होते हैं, लेकिन यदि उनमें से एक दूसरे पर अधिक दबाव डालता है तो उसे पीछे हटा दें। इस एक वाक्य में. . . इसमें दुनिया के बारे में अविश्वसनीय मात्रा में जानकारी है, आपको बस इसमें थोड़ी कल्पना और थोड़ा विचार करना होगा।
इन शब्दों में पदार्थ की संरचना के आणविक-गतिज सिद्धांत (एमकेटी) का सार शामिल है। अर्थात्, एमकेटी के मुख्य प्रावधान निम्नलिखित तीन कथन हैं।
1. किसी भी पदार्थ में अणुओं और परमाणुओं के सबसे छोटे कण होते हैं। वे अंतरिक्ष में अलग-अलग स्थित हैं, यानी एक दूसरे से निश्चित दूरी पर।
2. पदार्थ के परमाणु या अणु यादृच्छिक गति की स्थिति में होते हैं 1 , जो कभी समाप्त नहीं होता।
3. किसी पदार्थ के परमाणु या अणु आकर्षण और प्रतिकर्षण बलों द्वारा एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, जो कणों के बीच की दूरी पर निर्भर करता है।
ये प्रावधान कई टिप्पणियों और प्रयोगात्मक तथ्यों का सामान्यीकरण हैं। आइए इन प्रावधानों पर करीब से नज़र डालें और उनका प्रायोगिक औचित्य बताएं।
1.1 परमाणु और अणु
आइए कागज का एक टुकड़ा लें और इसे छोटे और छोटे हिस्सों में बांटना शुरू करें। क्या हमें हर कदम पर कागज के टुकड़े मिलेंगे या किसी स्तर पर कुछ नया सामने आएगा?
एमकेटी की पहली स्थिति हमें बताती है कि पदार्थ असीम रूप से विभाज्य नहीं है। देर-सबेर हम किसी दिए गए पदार्थ के सबसे छोटे कणों की "अंतिम सीमा" तक पहुँच जाएँगे। ये कण परमाणु और अणु हैं। उन्हें भागों में भी विभाजित किया जा सकता है, लेकिन तब मूल पदार्थ का अस्तित्व समाप्त हो जाएगा।
परमाणु किसी दिए गए रासायनिक तत्व का सबसे छोटा कण है जो इसके सभी रासायनिक गुणों को बरकरार रखता है। इतने सारे रासायनिक तत्व नहीं हैं; उन सभी को आवर्त सारणी में संक्षेपित किया गया है।
अणु किसी दिए गए पदार्थ का सबसे छोटा कण है (रासायनिक तत्व नहीं) जो अपने सभी रासायनिक गुणों को बरकरार रखता है। एक अणु एक या अधिक रासायनिक तत्वों के दो या दो से अधिक परमाणुओं से बना होता है।
उदाहरण के लिए, H2O एक पानी का अणु है जो दो हाइड्रोजन परमाणुओं और एक ऑक्सीजन परमाणु से बना है। इसे परमाणुओं में विभाजित करके, हम अब ¾पानी¿ नामक पदार्थ से निपट नहीं पाएंगे। इसके अलावा, H और O परमाणुओं को उनके घटक भागों में विभाजित करके, हमें प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों का एक सेट मिलता है, और इस तरह यह जानकारी खो जाती है कि पहले यह हाइड्रोजन और ऑक्सीजन था।
1 इस गति को तापीय गति कहते हैं।
एक परमाणु या अणु (परमाणुओं की एक छोटी संख्या से मिलकर) का आकार लगभग 10 8 सेमी है। यह इतना छोटा मान है कि परमाणु को किसी भी ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप से नहीं देखा जा सकता है।
परमाणुओं और अणुओं को, संक्षेप में, केवल पदार्थ के कण कहा जाता है। प्रत्येक विशेष मामले में वास्तव में एक कण, एक परमाणु या एक अणु क्या है, यह स्थापित करना मुश्किल नहीं है। यदि हम एक रासायनिक तत्व के बारे में बात कर रहे हैं, तो एक परमाणु एक कण होगा; यदि किसी जटिल पदार्थ पर विचार किया जाए तो उसका कण अनेक परमाणुओं से मिलकर बना एक अणु होता है।
इसके अलावा, एमकेटी के पहले प्रस्ताव में कहा गया है कि पदार्थ के कण लगातार स्थान नहीं भरते हैं। कण अलग-अलग स्थित होते हैं, जैसे कि अलग-अलग बिंदुओं पर। कणों के बीच अंतराल होते हैं, जिनका आकार कुछ सीमाओं के भीतर भिन्न हो सकता है।
पिंडों के थर्मल विस्तार की घटना एमकेटी की पहली स्थिति के पक्ष में गवाही देती है। अर्थात् गर्म करने पर पदार्थ के कणों के बीच की दूरियाँ बढ़ जाती हैं और पिंड का आकार बढ़ जाता है। इसके विपरीत, ठंडा होने पर कणों के बीच की दूरी कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप शरीर सिकुड़ जाता है।
प्रसार, संपर्क पदार्थों का एक दूसरे में पारस्परिक प्रवेश भी एमकेटी की पहली स्थिति की एक महत्वपूर्ण पुष्टि है।
उदाहरण के लिए, अंजीर में। 1 तरल में प्रसार की प्रक्रिया को दर्शाता है। विलेय के कण एक गिलास पानी में रखे जाते हैं और पहले गिलास के ऊपरी बाएँ भाग में स्थित होते हैं। समय के साथ, कण उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से कम सांद्रता वाले क्षेत्र की ओर बढ़ते हैं (मान लीजिए, फैलते हैं)। अंत में, कणों की सांद्रता हर जगह समान हो जाती है; कण तरल की पूरी मात्रा में समान रूप से वितरित होते हैं।
चावल। 1. द्रव में विसरण
आणविक-गतिज सिद्धांत के दृष्टिकोण से प्रसार की व्याख्या कैसे करें? बहुत सरलता से: एक पदार्थ के कण दूसरे पदार्थ के कणों के बीच के अंतराल में प्रवेश करते हैं। प्रसार जितनी तेजी से होता है, ये अंतराल उतने ही बड़े होते हैं; इसलिए, गैसें सबसे आसानी से एक-दूसरे के साथ मिश्रित हो जाती हैं (जिसमें कणों के बीच की दूरी कणों के आकार से बहुत बड़ी होती है)।
1.2 परमाणुओं और अणुओं की तापीय गति
एमकेटी के दूसरे प्रस्ताव के सूत्रीकरण को एक बार फिर से याद करें: पदार्थ के कण यादृच्छिक गति (जिसे थर्मल गति भी कहा जाता है) करते हैं, जो कभी नहीं रुकती।
एमकेटी की दूसरी स्थिति की प्रायोगिक पुष्टि फिर से प्रसार की घटना है, क्योंकि कणों का पारस्परिक प्रवेश उनकी निरंतर गति से ही संभव है!
2 छवि en.wikipedia.org से।
लेकिन पदार्थ के कणों की शाश्वत अराजक गति का सबसे ज्वलंत प्रमाण ब्राउनियन गति है। यह किसी तरल या गैस में निलंबित धूल के कणों या अनाज (आकार में 10 5 - 104 सेमी) के ब्राउनियन कणों की निरंतर यादृच्छिक गति का नाम है।
ब्राउनियन गति को इसका नाम स्कॉटिश वनस्पतिशास्त्री रॉबर्ट ब्राउन के सम्मान में मिला, जिन्होंने माइक्रोस्कोप के माध्यम से पानी में निलंबित पराग कणों के निरंतर नृत्य को देखा। इस बात के प्रमाण के रूप में कि यह गति हमेशा के लिए होती है, ब्राउन को पानी से भरी गुहा के साथ क्वार्ट्ज का एक टुकड़ा मिला। इस तथ्य के बावजूद कि पानी वहां कई लाखों साल पहले मिला था, वहां पहुंचे कणों ने अपनी गति जारी रखी, जो अन्य प्रयोगों में देखी गई चीज़ों से अलग नहीं थी।
ब्राउनियन गति का कारण यह है कि एक निलंबित कण तरल (गैस) अणुओं से असंतुलित प्रभाव का अनुभव करता है, और अणुओं की अराजक गति के कारण, परिणामी प्रभाव की परिमाण और दिशा बिल्कुल अप्रत्याशित होती है। इसलिए, एक ब्राउनियन कण जटिल ज़िगज़ैग प्रक्षेप पथ का वर्णन करता है (चित्र 2)3।
चावल। 2. ब्राउनियन गति
ब्राउनियन कणों का आकार एक परमाणु के आकार का 1000-10000 गुना होता है। एक ओर, एक ब्राउनियन कण काफी छोटा होता है और फिर भी "महसूस" करता है कि अलग-अलग संख्या में अणु उस पर अलग-अलग दिशाओं में प्रहार करते हैं; प्रभावों की संख्या में यह अंतर ब्राउनियन कण के ध्यान देने योग्य विस्थापन की ओर ले जाता है। दूसरी ओर, ब्राउनियन कण इतने बड़े होते हैं कि उन्हें माइक्रोस्कोप से देखा जा सकता है।
वैसे, ब्राउनियन गति को अणुओं के अस्तित्व के तथ्य के प्रमाण के रूप में भी माना जा सकता है, अर्थात, यह एमकेटी की पहली स्थिति के प्रायोगिक औचित्य के रूप में भी काम कर सकता है।
1.3 पदार्थ के कणों की परस्पर क्रिया
एमकेटी की तीसरी स्थिति किसी पदार्थ के कणों की परस्पर क्रिया की बात करती है: परमाणु या अणु आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों द्वारा एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, जो कणों के बीच की दूरी पर निर्भर करते हैं: जैसे-जैसे दूरियाँ बढ़ती हैं, आकर्षण की शक्तियाँ कम होने लगती हैं। प्रतिकारक बल में कमी के साथ प्रबल होता है।
एमकेटी की तीसरी स्थिति की वैधता निकायों की विकृतियों से उत्पन्न होने वाली लोचदार ताकतों से प्रमाणित होती है। जब किसी पिंड को खींचा जाता है, तो उसके कणों के बीच की दूरियाँ बढ़ जाती हैं और कणों का एक-दूसरे के प्रति आकर्षण बल प्रबल होने लगता है। जब कोई पिंड संकुचित होता है, तो कणों के बीच की दूरी कम हो जाती है, और परिणामस्वरूप, प्रतिकारक शक्तियां प्रबल हो जाती हैं। दोनों मामलों में, लोचदार बल विरूपण के विपरीत दिशा में निर्देशित होता है।
3 छवि nv-magadan.naroad.ru साइट से।
अंतरआण्विक संपर्क की शक्तियों के अस्तित्व की एक और पुष्टि पदार्थ की तीन समग्र अवस्थाओं की उपस्थिति है।
में गैसों में, अणुओं को अणुओं के आयामों से काफी अधिक दूरी से एक दूसरे से अलग किया जाता है (सामान्य परिस्थितियों में हवा में, लगभग 1000 गुना)। ऐसी दूरी पर, अणुओं के बीच परस्पर क्रिया की शक्तियाँ व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित होती हैं, इसलिए गैसें उन्हें प्रदान की गई पूरी मात्रा पर कब्जा कर लेती हैं और आसानी से संपीड़ित हो जाती हैं।
में तरल पदार्थों में, अणुओं के बीच का स्थान अणुओं के आकार के बराबर होता है। आणविक आकर्षण बल बहुत मूर्त होते हैं और तरल पदार्थों द्वारा आयतन के संरक्षण को सुनिश्चित करते हैं। लेकिन ये बल इतने मजबूत नहीं होते कि तरल पदार्थ अपना रूप बनाए रख सकें और तरल पदार्थ, गैसों की तरह, एक बर्तन का रूप ले लेते हैं।
में ठोस पदार्थों में, कणों के बीच आकर्षण बल बहुत मजबूत होते हैं: ठोस न केवल आयतन, बल्कि आकार भी बनाए रखते हैं।
किसी पदार्थ का एकत्रीकरण की एक अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण पदार्थ के कणों के बीच परस्पर क्रिया की शक्तियों के परिमाण में परिवर्तन का परिणाम होता है। कण स्वयं अपरिवर्तित रहते हैं।
विभिन्न पदार्थों को बनाने वाले परमाणु और अणु निरंतर तापीय गति की स्थिति में होते हैं।
तापीय गति की पहली विशेषता इसकी यादृच्छिकता है; आणविक गति की कोई भी दिशा अन्य दिशाओं से भिन्न नहीं है। आइए इसे समझाएं: यदि हम एक अणु की गति का अनुसरण करते हैं, तो समय के साथ, अन्य अणुओं के साथ टकराव के कारण, इस अणु के वेग का परिमाण और गति की दिशा पूरी तरह से यादृच्छिक रूप से बदल जाती है; इसके अलावा, यदि किसी समय हम सभी अणुओं की गति की गति को निर्धारित करते हैं, तो दिशा में ये गति अंतरिक्ष में समान रूप से बिखरी हुई होती हैं, और परिमाण में उनके मूल्यों की एक विस्तृत विविधता होती है।
थर्मल गति की दूसरी विशेषता अणुओं के बीच, साथ ही विभिन्न प्रकार की गति के बीच ऊर्जा विनिमय का अस्तित्व है; अणुओं की स्थानांतरीय गति की ऊर्जा को उनकी घूर्णी या कंपन गति की ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है और इसके विपरीत।
अणुओं के बीच और साथ ही उनकी विभिन्न प्रकार की तापीय गति के बीच ऊर्जा का आदान-प्रदान अणुओं की परस्पर क्रिया (उनके बीच टकराव) के कारण होता है। बड़ी दूरी पर, अणुओं के बीच परस्पर क्रिया बल बहुत छोटे होते हैं और इन्हें उपेक्षित किया जा सकता है; कम दूरी पर, इन बलों का ध्यान देने योग्य प्रभाव होता है। गैसों में, अणु अपना अधिकांश समय एक दूसरे से तुलनात्मक रूप से बड़ी दूरी पर बिताते हैं; केवल बहुत ही कम समय के लिए, एक-दूसरे के काफी करीब होने के कारण, वे एक-दूसरे के साथ बातचीत करते हैं, अपनी गतिविधियों की गति बदलते हैं और ऊर्जा का आदान-प्रदान करते हैं। अणुओं की ऐसी अल्पकालिक अंतःक्रिया को टकराव कहा जाता है। अणुओं के बीच दो प्रकार की टक्कर होती है:
1) पहली तरह की टक्कर, या प्रभाव, जिसके परिणामस्वरूप टकराने वाले कणों की केवल वेग और गतिज ऊर्जा बदल जाती है; अणुओं की संरचना या संरचना में स्वयं कोई परिवर्तन नहीं होता है;
2) दूसरे प्रकार के टकराव, या प्रभाव, जिसके परिणामस्वरूप अणुओं के भीतर परिवर्तन होते हैं, उदाहरण के लिए, उनकी संरचना या इन अणुओं के भीतर परमाणुओं की सापेक्ष व्यवस्था बदल जाती है। इन टकरावों के दौरान, अणुओं की गतिज ऊर्जा का एक हिस्सा अणुओं के अंदर कार्यरत बलों के विरुद्ध कार्य करने में खर्च होता है। कुछ मामलों में, इसके विपरीत, अणुओं की आंतरिक संभावित ऊर्जा में कमी के कारण एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा जारी की जा सकती है।
आगे हम गैस अणुओं के बीच होने वाली पहली तरह की टक्करों को ही ध्यान में रखेंगे। ठोस और तरल पिंडों में तापीय गति के दौरान ऊर्जा विनिमय एक अधिक जटिल प्रक्रिया है और भौतिकी के विशेष वर्गों में इस पर विचार किया जाता है। दूसरे प्रकार के टकरावों का उपयोग गैसों और तरल पदार्थों की विद्युत चालकता, साथ ही निकायों के थर्मल विकिरण को समझाने के लिए किया जाता है।
अणुओं की प्रत्येक प्रकार की तापीय गति (अनुवादात्मक, घूर्णी या कंपनात्मक) का वर्णन करने के लिए, कई मात्राएँ निर्धारित करना आवश्यक है। उदाहरण के लिए, किसी अणु की स्थानान्तरणीय गति के लिए उसके वेग का परिमाण और दिशा जानना आवश्यक है। इस उद्देश्य के लिए, तीन मात्राओं को इंगित करना पर्याप्त है: गति का मूल्य और दो कोण और गति की दिशा और समन्वय विमानों के बीच, या समन्वय अक्षों पर गति के तीन अनुमान: (चित्र 11.1, ए) . ध्यान दें कि ये तीन मात्राएँ स्वतंत्र हैं: दिए गए कोणों के लिए और कोई भी मान हो सकता है, और इसके विपरीत, किसी दिए गए के लिए, उदाहरण के लिए, कोण, मान और कोई भी हो सकता है। इसी प्रकार, एक विशिष्ट मान निर्धारित करने से विपरीत मानों पर कोई प्रतिबंध नहीं लगता है। इस प्रकार, अंतरिक्ष में एक अणु की अनुवादात्मक गति का वर्णन करने के लिए, एक दूसरे से स्वतंत्र तीन मात्राएँ निर्धारित करना आवश्यक है: और या एक अणु की अनुवादात्मक गति की ऊर्जा में तीन स्वतंत्र घटक शामिल होंगे:
अपनी धुरी के चारों ओर एक अणु की घूर्णी गति का वर्णन करने के लिए, घूर्णन के कोणीय वेग की परिमाण और दिशा को इंगित करना आवश्यक है, अर्थात, फिर से, एक दूसरे से स्वतंत्र तीन मात्राएँ: और सी या (छवि II। 1, बी) ). एक अणु की घूर्णी गति की ऊर्जा में भी तीन स्वतंत्र घटक शामिल होंगे:
तीन परस्पर लंबवत समन्वय अक्षों के बारे में अणु की जड़ता के क्षण कहां हैं। एक एकपरमाण्विक अणु के लिए, जड़ता के ये सभी क्षण बहुत छोटे होते हैं, इसलिए इसकी घूर्णी गति की ऊर्जा की उपेक्षा की जाती है। एक द्विपरमाणुक अणु (चित्र II.1, c) के लिए, परमाणुओं के केंद्रों से गुजरने वाली धुरी के बारे में घूर्णी गति की ऊर्जा की उपेक्षा की जाती है, इसलिए, उदाहरण के लिए,
किसी अणु में परमाणुओं की कंपन गति का वर्णन करने के लिए, पहले इस गति को कुछ दिशाओं में होने वाले सरल कंपनों में विभाजित करना होगा। एक जटिल दोलन को तीन परस्पर लंबवत दिशाओं में होने वाले सरल आयताकार दोलनों में विघटित करना सुविधाजनक है। ये दोलन एक-दूसरे से स्वतंत्र हैं, अर्थात, इनमें से किसी एक दिशा में दोलनों की आवृत्ति और आयाम अन्य दिशाओं में दोलनों की किसी भी आवृत्ति और आयाम के अनुरूप हो सकते हैं। यदि इनमें से प्रत्येक आयताकार दोलन हार्मोनिक है, तो इसे सूत्र का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है
इस प्रकार, परमाणुओं के एक व्यक्तिगत आयताकार कंपन का वर्णन करने के लिए, दो मात्राएँ निर्धारित करना आवश्यक है: कंपन आवृत्ति ω और कंपन आयाम। ये दो मात्राएँ एक दूसरे से स्वतंत्र भी हैं: किसी दिए गए आवृत्ति पर, कंपन आयाम बाध्य नहीं है किसी भी स्थिति में, और इसके विपरीत। नतीजतन, एक बिंदु (यानी, इसकी संतुलन स्थिति) के चारों ओर एक अणु की जटिल कंपन गति का वर्णन करने के लिए, एक दूसरे से स्वतंत्र छह मात्राएं निर्धारित करना आवश्यक है: तीन आवृत्तियों और तीन परस्पर लंबवत दिशाओं में कंपन आयाम।
एक दूसरे से स्वतंत्र मात्राएँ जो किसी दिए गए भौतिक तंत्र की स्थिति को निर्धारित करती हैं, इस तंत्र की स्वतंत्रता की डिग्री कहलाती हैं। पिंडों में तापीय गति का अध्ययन करते समय (इस गति की ऊर्जा की गणना करने के लिए), इस पिंड के प्रत्येक अणु की स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या निर्धारित की जाती है। इस मामले में, केवल स्वतंत्रता की उन डिग्री को गिना जाता है जिनके बीच ऊर्जा विनिमय होता है। एक मोनोआटोमिक गैस अणु में स्थानान्तरणीय गति की स्वतंत्रता की तीन डिग्री होती है; एक द्विपरमाणुक अणु में स्थानान्तरण की स्वतंत्रता की तीन डिग्री और घूर्णी गति की स्वतंत्रता की दो डिग्री होती है (परमाणुओं के केंद्रों से गुजरने वाली धुरी के चारों ओर घूमने के अनुरूप स्वतंत्रता की तीसरी डिग्री को ध्यान में नहीं रखा जाता है)। तीन युक्त अणु
एक परमाणु और अधिक में स्वतंत्रता की तीन अनुवादात्मक और तीन घूर्णी डिग्री होती हैं। यदि दोलन गति भी ऊर्जा विनिमय में भाग लेती है, तो प्रत्येक स्वतंत्र रेक्टिलिनियर कंपन के लिए स्वतंत्रता की दो डिग्री जोड़ी जाती हैं।
अणुओं की अनुवादात्मक, घूर्णी और कंपन संबंधी गतियों को अलग-अलग ध्यान में रखते हुए, कोई भी औसत ऊर्जा पा सकता है जो इस प्रकार की गति की स्वतंत्रता की प्रत्येक डिग्री पर पड़ती है। आइए पहले हम अणुओं की स्थानांतरीय गति पर विचार करें: आइए मान लें कि एक अणु में गतिज ऊर्जा (अणु का द्रव्यमान) है। योग सभी अणुओं की स्थानांतरीय गति की ऊर्जा है। स्वतंत्रता की डिग्री से विभाजित करने पर, हम अणुओं की स्थानांतरीय गति की स्वतंत्रता की एक डिग्री के लिए औसत ऊर्जा प्राप्त करते हैं:
घूर्णी और दोलन आंदोलनों की स्वतंत्रता की एक डिग्री के लिए औसत ऊर्जा की गणना करना भी संभव है। यदि प्रत्येक अणु में स्वतंत्रता की अनुवादात्मक डिग्री, स्वतंत्रता की घूर्णी डिग्री और स्वतंत्रता की कंपन डिग्री है, तो सभी अणुओं की थर्मल गति की कुल ऊर्जा बराबर होगी
§ 1. तापीय गति. तापमान हमारे आस-पास की दुनिया में, विभिन्न भौतिक घटनाएं घटित होती हैं जो शरीर के गर्म होने और ठंडा होने से जुड़ी होती हैं। हम जानते हैं कि जब ठंडे पानी को गर्म किया जाता है तो वह पहले गर्म और फिर गर्म हो जाता है। "ठंडा", "गर्म" और "गर्म" जैसे शब्दों के साथ, हम निकायों के ताप की एक अलग डिग्री की ओर इशारा करते हैं, या, जैसा कि वे भौतिकी में कहते हैं, निकायों के एक अलग तापमान की ओर। गर्म पानी का तापमान ठंडे पानी के तापमान से अधिक होता है। गर्मियों में हवा का तापमान सर्दियों की तुलना में अधिक होता है।तापीय घटना के उदाहरण:
ए - पिघलती बर्फ; बी - पानी का जमना शरीर का तापमान थर्मामीटर से मापा जाता है और डिग्री सेल्सियस (डिग्री सेल्सियस) में व्यक्त किया जाता है।आप पहले से ही जानते हैं कि उच्च तापमान पर प्रसार तेज़ होता है। इसका मतलब यह है कि अणुओं की गति की गति और तापमान संबंधित हैं। जब तापमान बढ़ता है तो अणुओं की गति की गति बढ़ जाती है, जब तापमान घटता है तो कम हो जाती है। इसलिए, शरीर का तापमान अणुओं की गति की गति पर निर्भर करता है।गर्म पानी ठंडे पानी के समान अणुओं से बना होता है। उनके बीच का अंतर केवल अणुओं की गति की गति में निहित है। तापमान में परिवर्तन के साथ निकायों को गर्म करने या ठंडा करने से जुड़ी घटनाओं को थर्मल कहा जाता है। ऐसी घटनाओं में शामिल हैं, उदाहरण के लिए, हवा का गर्म होना और ठंडा होना, बर्फ का पिघलना, धातुओं का पिघलना आदि। धातु का पिघलना शरीर बनाने वाले अणु या परमाणु निरंतर यादृच्छिक गति में हैं। हमारे आस-पास के निकायों में इनकी संख्या बहुत अधिक है। तो, 1 सेमी3 पानी के बराबर आयतन में, लगभग 3.34·1022 अणु होते हैं। प्रत्येक अणु एक बहुत ही जटिल प्रक्षेप पथ पर चलता है। यह इस तथ्य के कारण है कि, उदाहरण के लिए, विभिन्न दिशाओं में उच्च गति से चलने वाले गैस कण एक दूसरे से और बर्तन की दीवारों से टकराते हैं। परिणामस्वरूप, वे अपनी गति बदलते हैं और फिर से आगे बढ़ना जारी रखते हैं। चित्र 1 पानी में घुले पेंट के सूक्ष्म कणों के प्रक्षेप पथ को दर्शाता है।चावल। 1. पानी में घुले पेंट माइक्रोपार्टिकल्स की गति का प्रक्षेप पथ चूँकि इसका तापमान शरीर के अणुओं की गति की गति से संबंधित होता है, इसलिए कणों की यादृच्छिक गति कहलाती है तापीय गति.
तरल पदार्थों में, अणु एक दूसरे के सापेक्ष दोलन कर सकते हैं, घूम सकते हैं और गति कर सकते हैं। ठोस पदार्थों में, अणु और परमाणु कुछ औसत स्थितियों के आसपास कंपन करते हैं। शरीर के सभी अणु तापीय गति में भाग लेते हैं, इसलिए, तापीय गति की प्रकृति में बदलाव के साथ, शरीर की स्थिति और उसके गुण भी बदल जाते हैं। इसलिए, जब तापमान बढ़ता है, तो बर्फ पिघलने लगती है, तरल में बदल जाती है। यदि आप, उदाहरण के लिए, पारा का तापमान कम करते हैं, तो यह तरल से ठोस शरीर में बदल जाता है। बर्फ क्रिस्टल जाली मॉडल शरीर के तापमान का अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा से गहरा संबंध है। शरीर का तापमान जितना अधिक होगा, उसके अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी। जैसे-जैसे किसी पिंड का तापमान घटता है, उसके अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा कम हो जाती है।
तापीय गति
किसी भी पदार्थ में सबसे छोटे कण - अणु होते हैं। अणुकिसी दिए गए पदार्थ का सबसे छोटा कण है जो उसके सभी रासायनिक गुणों को बरकरार रखता है। अणु अंतरिक्ष में अलग-अलग स्थित होते हैं, यानी, एक दूसरे से कुछ दूरी पर, और निरंतर स्थिति में होते हैं अनियमित (अराजक) आंदोलन .
चूँकि पिंडों में बड़ी संख्या में अणु होते हैं और अणुओं की गति यादृच्छिक होती है, इसलिए यह कहना असंभव है कि यह या वह अणु दूसरों से कितने प्रभावों का अनुभव करेगा। इसलिए, वे कहते हैं कि समय के प्रत्येक क्षण में अणु की स्थिति, उसकी गति यादृच्छिक होती है। हालाँकि, इसका मतलब यह नहीं है कि अणुओं की गति कुछ नियमों का पालन नहीं करती है। विशेष रूप से, हालांकि किसी समय में अणुओं के वेग अलग-अलग होते हैं, उनमें से अधिकांश का वेग कुछ निश्चित मान के करीब होता है। आमतौर पर, अणुओं की गति की गति के बारे में बोलते हुए, उनका मतलब होता है औसत गति (वी$सीपी).
किसी विशेष दिशा का पता लगाना असंभव है जिसमें सभी अणु गति करते हैं। अणुओं की गति कभी नहीं रुकती। हम कह सकते हैं कि यह निरंतर है। परमाणुओं एवं अणुओं की ऐसी सतत अराजक गति को - कहते हैं। यह नाम इस तथ्य से निर्धारित होता है कि अणुओं की गति की गति शरीर के तापमान पर निर्भर करती है। शरीर के अणुओं की गति की औसत गति जितनी अधिक होगी, उसका तापमान उतना ही अधिक होगा। इसके विपरीत, शरीर का तापमान जितना अधिक होगा, अणुओं की औसत गति उतनी ही अधिक होगी।
ब्राउनियन गति - इसमें निलंबित बहुत छोटे ठोस कणों की गति - को देखकर तरल अणुओं की गति की खोज की गई। प्रत्येक कण एक टूटी हुई रेखा के रूप में प्रक्षेपवक्र का वर्णन करते हुए लगातार मनमानी दिशाओं में छलांग लगाता है। कणों के इस व्यवहार को यह मानकर समझाया जा सकता है कि वे एक साथ विभिन्न पक्षों से तरल अणुओं के प्रभाव का अनुभव करते हैं। विपरीत दिशाओं से इन प्रभावों की संख्या में अंतर कण की गति की ओर ले जाता है, क्योंकि इसका द्रव्यमान अणुओं के द्रव्यमान के अनुरूप होता है। ऐसे कणों की गति की खोज सबसे पहले 1827 में अंग्रेज वनस्पतिशास्त्री ब्राउन ने माइक्रोस्कोप के नीचे पानी में पराग कणों को देखकर की थी, इसीलिए इसे कहा गया - एक प्रकार कि गति.
किसी भी पदार्थ के सभी अणु निरंतर एवं अनियमित रूप से (अव्यवस्थित रूप से) गतिशील रहते हैं।
विभिन्न पिंडों में अणुओं की गति अलग-अलग तरीके से होती है।
गैस के अणु पूरे गैस आयतन में अनियमित रूप से उच्च गति (सैकड़ों मीटर/सेकेंड) पर चलते हैं। टकराते हुए, वे एक-दूसरे से उछलते हैं, जिससे वेग का परिमाण और दिशा बदल जाती है।
तरल पदार्थ के अणु संतुलन स्थिति के आसपास दोलन करते हैं (क्योंकि वे लगभग एक-दूसरे के करीब स्थित होते हैं) और अपेक्षाकृत कम ही एक संतुलन स्थिति से दूसरे में कूदते हैं। तरल पदार्थों में अणुओं की गति गैसों की तुलना में कम मुक्त होती है, लेकिन ठोस पदार्थों की तुलना में अधिक मुक्त होती है।
ठोस पदार्थों में कण संतुलन स्थिति के चारों ओर दोलन करते हैं।
जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, कणों की गति बढ़ती है, इसलिए कणों की अराजक गति को आमतौर पर थर्मल कहा जाता है।
एक प्रकार कि गति
अणुओं की तापीय गति का प्रमाण।
ब्राउनियन गति की खोज अंग्रेजी वनस्पतिशास्त्री रॉबर्ट ब्राउन (1773-1858) ने की थी।
यदि किसी पदार्थ के सबसे छोटे कणों को तरल की सतह पर छिड़का जाए,
वे चलते रहेंगे.
ये ब्राउनियन कण तरल अणुओं के प्रभाव में चलते हैं। क्योंकि चूँकि अणुओं की तापीय गति एक सतत और यादृच्छिक गति है, इसलिए ब्राउनियन कणों की गति की गति परिमाण और दिशा में यादृच्छिक रूप से बदल जाएगी।
ब्राउनियन गति शाश्वत है और कभी नहीं रुकती।
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गृह प्रयोगशाला कार्य
1. तीन गिलास लें. पहले में उबलता पानी, दूसरे में गर्म पानी और तीसरे में ठंडा पानी डालें।
प्रत्येक गिलास में एक चुटकी दानेदार चाय डालें। आपने क्या नोटिस किया?
2. एक खाली प्लास्टिक की बोतल लें, उसे ठंडा करने के बाद उसकी गर्दन को पानी के गिलास में डालें और बोतल को हथेलियों से पकड़ लें, लेकिन दबाएं नहीं। कुछ मिनटों तक देखें.
3. उसी, लेकिन फिर से ठंडी हुई बोतल की गर्दन पर, पानी में भिगोया हुआ एक उलटा कॉर्क रखें और इसे गर्म हथेलियों से पकड़ लें। कुछ मिनटों तक देखें.
4. एक उथले बर्तन में 1 - 1.5 सेमी की ऊंचाई तक पानी डालें, उसमें एक गिलास उल्टा करके रखें और गर्म पानी से पहले से गरम करें। कुछ मिनटों तक देखें.
मैंने जो देखा उसके स्पष्टीकरण के साथ एक रिपोर्ट की प्रतीक्षा कर रहा हूं। प्रथम कौन है?
तापमान
एक मान जो शरीर की तापीय स्थिति को दर्शाता है, या अन्यथा शरीर के "हीटिंग" का एक माप है।
किसी पिंड का तापमान जितना अधिक होगा, उसके परमाणुओं और अणुओं में औसतन उतनी ही अधिक ऊर्जा होगी।
तापमान मापने के लिए उपयोग किये जाने वाले उपकरण को थर्मामीटर कहा जाता है।
तापमान माप का सिद्धांत.
तापमान सीधे नहीं मापा जाता! मापा गया मान तापमान पर निर्भर करता है!
आधुनिक तरल थर्मामीटर में, यह अल्कोहल या पारे की मात्रा है (गैलीलियो के थर्मोस्कोप में, गैस की मात्रा)। थर्मामीटर अपना तापमान स्वयं मापता है! और, यदि हम थर्मामीटर से किसी अन्य पिंड का तापमान मापना चाहते हैं, तो हमें कुछ समय तक इंतजार करना होगा जब तक कि शरीर और थर्मामीटर का तापमान बराबर न हो जाए, यानी। थर्मामीटर और शरीर के बीच तापीय संतुलन आ जाएगा।
यह तापीय संतुलन का नियम है:
पृथक पिंडों के किसी भी समूह के लिए, कुछ समय बाद तापमान समान हो जाता है,
वे। तापीय संतुलन होता है
... 
घरेलू अनुभव हो
पानी के तीन बेसिन लें: एक बहुत गर्म पानी वाला, दूसरा मध्यम गर्म पानी वाला और तीसरा बहुत ठंडा पानी वाला। अब अपने बाएं हाथ को गर्म पानी के कटोरे में और अपने दाहिने हाथ को ठंडे पानी में डालें। कुछ मिनटों के बाद, अपने हाथों को गर्म और ठंडे पानी से हटा लें और उन्हें गर्म पानी के एक कटोरे में डाल दें। अब प्रत्येक हाथ से पूछें कि यह आपको पानी के तापमान के बारे में क्या "बताता" है?
थर्मामीटर - DIY
एक छोटी कांच की शीशी लें (फार्मेसियों में वे बेचते हैं, उदाहरण के लिए, ऐसी शीशियों में शानदार हरा), एक कॉर्क (अधिमानतः रबर) और एक पतली पारदर्शी ट्यूब (आप बॉलपॉइंट पेन से एक खाली पारदर्शी रॉड ले सकते हैं)।
कॉर्क में एक छेद करें और शीशी को बंद कर दें। ट्यूब में रंगीन पानी की एक बूंद डालें और रॉड को कॉर्क में डालें। कॉर्क और रॉड के बीच के गैप को अच्छी तरह से सील कर दें।
थर्मामीटर तैयार है.
अब इसे कैलिब्रेट करना जरूरी है, यानी। एक पैमाना बनाओ.
यह स्पष्ट है कि जब बुलबुले में हवा गर्म होती है, तो इसका विस्तार होगा, और तरल की एक बूंद ट्यूब से ऊपर उठेगी। आपका कार्य छड़ या उससे जुड़े कार्डबोर्ड पर विभिन्न तापमानों के अनुरूप विभाजनों को अंकित करना है।
ग्रेजुएशन के लिए, आप एक और तैयार थर्मामीटर ले सकते हैं और दोनों थर्मामीटर को एक गिलास गर्म पानी में डाल सकते हैं। थर्मामीटर की रीडिंग मेल खानी चाहिए। इसलिए, यदि तैयार थर्मामीटर, उदाहरण के लिए, 40 डिग्री का तापमान दिखाता है, तो आप अपने थर्मामीटर के तने पर उस स्थान पर सुरक्षित रूप से 40 का निशान लगा सकते हैं जहां तरल की बूंद स्थित है। गिलास में पानी ठंडा हो जाएगा और आप मापने के पैमाने पर इस तरह से निशान लगा पाएंगे।
आप थर्मामीटर को पूरी तरह से तरल से भरकर बना सकते हैं।
और यह दूसरे तरीके से भी संभव है:
प्लास्टिक की बोतल के ढक्कन में एक छेद करें और एक पतली प्लास्टिक ट्यूब डालें।
बोतल को आंशिक रूप से पानी से भरें और दीवार पर लगा दें। ट्यूब के मुक्त सिरे पर तापमान पैमाने को चिह्नित करें। आप पारंपरिक रूम थर्मामीटर का उपयोग करके स्केल को कैलिब्रेट कर सकते हैं।
जब कमरे में तापमान बदलता है, तो पानी फैलेगा या सिकुड़ेगा, और ट्यूब में पानी का स्तर भी पैमाने के साथ "क्रॉल" करेगा।
और आप देख सकते हैं कि थर्मामीटर कैसे काम करता है!
बोतल को अपने हाथों से पकड़ें और गर्म करें।
ट्यूब में पानी के स्तर का क्या हुआ?
तापमान पैमाना
सेल्सियस स्केल - 1742 में स्वीडिश भौतिक विज्ञानी ए. सेल्सियस द्वारा प्रस्तुत किया गया। पदनाम: सी. पैमाने पर सकारात्मक और नकारात्मक दोनों तापमान हैं। संदर्भ बिंदु: 0C - बर्फ का पिघलने का तापमान, 100C - पानी का क्वथनांक।
फारेनहाइट पैमाने को 1724 में एक डच ग्लास ब्लोअर फारेनहाइट द्वारा पेश किया गया था। पदनाम: एफ। पैमाने पर सकारात्मक और नकारात्मक दोनों तापमान हैं। संदर्भ बिंदु: 32F बर्फ का पिघलने का तापमान है, 212F पानी का क्वथनांक है।
रेउमुर स्केल को 1726 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी रेउमुर द्वारा पेश किया गया था। पदनाम: आर. पैमाने पर सकारात्मक और नकारात्मक दोनों तापमान हैं। संदर्भ बिंदु: 0R - बर्फ का पिघलने का तापमान, 80R - पानी का क्वथनांक।
केल्विन स्केल 1848 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी थॉमसन (लॉर्ड केल्विन) द्वारा पेश किया गया था। पदनाम: K. पैमाने पर केवल सकारात्मक तापमान हैं। संदर्भ बिंदु: 0K - पूर्ण शून्य, 273K - बर्फ पिघलने का तापमान। टी = टी + 273
थर्मोस्कोप
तापमान निर्धारित करने के लिए पहला उपकरण 1592 में गैलीलियो द्वारा आविष्कार किया गया था। एक छोटी कांच की बोतल को एक खुले सिरे वाली पतली ट्यूब में मिलाया गया था।
गुब्बारे को हाथ से गर्म किया गया और ट्यूब के सिरे को पानी के एक बर्तन में डुबोया गया। गुब्बारे को परिवेश के तापमान तक ठंडा किया गया और नली में पानी का स्तर बढ़ गया। वे। बर्तन में गैस की मात्रा को बदलकर तापमान में बदलाव का अंदाजा लगाना संभव था। यहां अभी तक कोई संख्यात्मक पैमाना नहीं था, इसलिए ऐसे उपकरण को थर्मोस्कोप कहा जाता था। मापने का पैमाना 150 वर्षों के बाद ही सामने आया!
क्या आप जानते हैं
1922 में लीबिया में पृथ्वी पर उच्चतम तापमान +57.80C दर्ज किया गया;
पृथ्वी पर सबसे कम तापमान -89.20C दर्ज किया गया है;
किसी व्यक्ति के सिर के ऊपर का तापमान परिवेश के तापमान से 1 - 1.50С अधिक होता है; जानवरों का औसत तापमान: घोड़े - 380C, भेड़ - 400C, मुर्गियाँ - 410C,
पृथ्वी के केंद्र में तापमान - 200000С;
सूर्य की सतह पर तापमान - 6000 K, केंद्र में - 20 मिलियन डिग्री।
पृथ्वी के आंतरिक भाग का तापमान कितना है?
पहले, विभिन्न काल्पनिक धारणाएँ बनाई गईं और गणनाएँ की गईं, जिसके अनुसार 15 किमी की गहराई पर तापमान 100...400°C था। अब कोला सुपरडीप वेल,
जिसने 12 किमी का निशान पार कर लिया, पूछे गए प्रश्न का सटीक उत्तर दिया। प्रारंभ में (3 किमी तक), प्रत्येक 100 मीटर प्रवेश के लिए तापमान में 1° की वृद्धि हुई, फिर प्रत्येक नए 100 मीटर के लिए यह वृद्धि 2.5° थी। 10 किमी की गहराई पर, पृथ्वी के आंतरिक भाग का तापमान निकला 180°सेल्सियस!
विज्ञान और जीवन
18वीं सदी के अंत तक आविष्कृत तापमान पैमानों की संख्या दो दर्जन तक पहुँच गई।
अंटार्कटिका के लिए एक अभियान चलाने वाले इतालवी ध्रुवीय खोजकर्ताओं को एक अद्भुत रहस्य का सामना करना पड़ा। इंगल बे के पास, उन्होंने एक बर्फीले कण्ठ की खोज की, जहाँ अत्यधिक तेज़ और अत्यधिक ठंडी हवाएँ लगातार चलती रहती हैं। माइनस 90 डिग्री तापमान वाली हवा की एक धारा 200 किमी प्रति घंटे की रफ्तार से चलती है। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि इस कण्ठ को "नरक का द्वार" कहा जाता था - कोई भी वहां एक मिनट से अधिक समय तक जान जोखिम में डाले बिना नहीं रह सकता: हवा बर्फ के कणों को इतनी ताकत से ले जाती है कि यह तुरंत कपड़ों को टुकड़े-टुकड़े कर देती है।
क्या हम अपना सिर फोड़ लें?
पेचीदा काम
1. पारंपरिक थर्मामीटर से चींटी के शरीर का तापमान कैसे मापें?
2. ऐसे थर्मामीटर हैं जो पानी का उपयोग करते हैं। ऐसे जल थर्मामीटर पानी के हिमांक के करीब तापमान मापने के लिए असुविधाजनक क्यों हैं?
उत्तर की प्रतीक्षा में (पाठ में या मेल द्वारा)!
क्या आप जानते हैं कि?
दरअसल, स्वीडिश खगोलशास्त्री और भौतिक विज्ञानी सेल्सियस ने एक पैमाना प्रस्तावित किया था जिसमें पानी के क्वथनांक को 0 नंबर से और बर्फ के पिघलने बिंदु को 100 नंबर से दर्शाया जाता था! "लेकिन सर्दियों में कोई नकारात्मक संख्या नहीं होगी!" सेल्सियस को कहना अच्छा लगा. लेकिन फिर पैमाना "उलट" गया।
· -40 डिग्री सेल्सियस का तापमान -40 डिग्री फ़ारेनहाइट के तापमान के बिल्कुल बराबर है। यह एकमात्र तापमान है जिस पर ये दोनों पैमाने मिलते हैं।
एक समय में भौतिक प्रयोगशालाओं में तापमान मापने के लिए तथाकथित वजन थर्मामीटर का उपयोग किया जाता था। इसमें पारे से भरी एक खोखली प्लैटिनम गेंद होती थी, जिसमें एक केशिका छिद्र होता था। तापमान में बदलाव का अंदाजा छेद से निकलने वाले पारे की मात्रा से लगाया गया।
पता चला कि वहाँ एक फ्लैट थर्मामीटर है। यह एक "कागज का टुकड़ा" है जिसे रोगी के माथे पर रखा जाता है। उच्च तापमान पर, "कागज" लाल हो जाता है।
हमारी इंद्रियाँ, जो आमतौर पर विश्वसनीय होती हैं, तापमान निर्धारित करने में विफल हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, एक अनुभव होता है जब एक हाथ गर्म पानी में और दूसरा ठंडे पानी में डुबोया जाता है। अगर कुछ देर बाद दोनों हाथों को गर्म पानी में डाल दिया जाए तो जो हाथ पहले गर्म पानी में था वह ठंडा लगेगा और जो हाथ ठंडे पानी में था वह गर्म लगेगा!
तापमान की अवधारणा किसी एक अणु पर लागू नहीं होती। कोई तापमान के बारे में तभी बात कर सकता है जब कणों का पर्याप्त बड़ा समूह मौजूद हो।
अक्सर, भौतिक विज्ञानी केल्विन पैमाने पर तापमान मापते हैं: 0 डिग्री सेल्सियस = 273 डिग्री केल्विन!
उच्चतम तापमान.
इसे थर्मोन्यूक्लियर बम के विस्फोट के केंद्र में प्राप्त किया गया था - लगभग 300...400 मिलियन डिग्री सेल्सियस। जून 1986 में प्रिंसटन प्लाज्मा भौतिकी प्रयोगशाला, संयुक्त राज्य अमेरिका में टोकामक संलयन परीक्षण सुविधा में नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के दौरान अधिकतम तापमान 200 मिलियन डिग्री सेल्सियस तक पहुंच गया।
सबसे कम तापमान.
केल्विन स्केल (0 K) पर पूर्ण शून्य -273.15° सेल्सियस या -459.67° फ़ारेनहाइट से मेल खाता है। निम्नतम तापमान, पूर्ण शून्य से 2 10-9 K (एक डिग्री का दो अरबवाँ भाग), फिनलैंड के हेलसिंकी प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय की निम्न तापमान प्रयोगशाला में दो-चरणीय परमाणु विचुंबकीकरण क्रायोस्टेट में एक समूह द्वारा प्राप्त किया गया है। प्रोफेसर ओली लौनास्मा (बी. 1930.) के नेतृत्व में वैज्ञानिकों ने, जिसकी घोषणा अक्टूबर 1989 में की गई थी।
अब तक का सबसे छोटा थर्मामीटर.
स्टेट यूनिवर्सिटी ऑफ़ न्यूयॉर्क, बफ़ेलो, यूएसए के बायोफिजिसिस्ट डॉ. फ्रेडरिक सैक्स ने व्यक्तिगत जीवित कोशिकाओं के तापमान को मापने के लिए एक माइक्रोथर्मोमीटर डिज़ाइन किया है। थर्मामीटर टिप का व्यास 1 माइक्रोन है, अर्थात। मानव बाल के व्यास का 1/50.