जैसा कि हम पहले से ही जानते हैं, किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा काम करते समय और गर्मी हस्तांतरण (बिना काम किए) दोनों के माध्यम से 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 प्रकार में परिवर्तन के साथ होता है।
इस घटना में कि आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की सहायता से होता है गर्मी का हस्तांतरणएक पिंड से दूसरे पिंड में ऊर्जा का स्थानांतरण किसके कारण होता है? ऊष्मीय चालकता, विकिरण, या कंवेक्शन.
वह ऊर्जा जो कोई पिंड ऊष्मा स्थानांतरण के दौरान खोता या प्राप्त करता है, कहलाती है ऊष्मा की मात्रा.
ऊष्मा की मात्रा की गणना करते समय, आपको यह जानना होगा कि कौन सी मात्राएँ इसे प्रभावित करती हैं।
हम दो समान बर्नर का उपयोग करके दो बर्तनों को गर्म करेंगे। एक बर्तन में 1 किलो पानी है, दूसरे में 2 किलो है। प्रारंभ में दोनों बर्तनों में पानी का तापमान समान होता है। हम देख सकते हैं कि एक ही समय के दौरान, एक बर्तन में पानी तेजी से गर्म होता है, हालाँकि दोनों बर्तनों को समान मात्रा में गर्मी प्राप्त होती है।
इस प्रकार, हम निष्कर्ष निकालते हैं: किसी दिए गए पिंड का द्रव्यमान जितना अधिक होगा, उसके तापमान को समान डिग्री तक कम करने या बढ़ाने के लिए उतनी ही अधिक गर्मी खर्च करनी होगी।
जब कोई वस्तु ठंडी हो जाती है, तो वह पड़ोसी वस्तुओं को अधिक मात्रा में ऊष्मा छोड़ती है, उसका द्रव्यमान उतना ही अधिक होता है।
हम सभी जानते हैं कि यदि हमें पानी की एक पूरी केतली को 50°C के तापमान तक गर्म करने की आवश्यकता है, तो हम इस क्रिया पर समान मात्रा में पानी के साथ केतली को गर्म करने की तुलना में कम समय खर्च करेंगे, लेकिन केवल 100°C तक। केस नंबर एक में, केस दो की तुलना में पानी को कम गर्मी दी जाएगी।
इस प्रकार, हीटिंग के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा सीधे तौर पर इस पर निर्भर करती है कितने डिग्रीशरीर गर्म हो सकता है. हम निष्कर्ष निकाल सकते हैं: ऊष्मा की मात्रा सीधे तौर पर शरीर के तापमान में अंतर पर निर्भर करती है।
लेकिन क्या पानी को नहीं, बल्कि किसी अन्य पदार्थ, जैसे तेल, सीसा या लोहे को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करना संभव है?
एक बर्तन में पानी भरें और दूसरे में वनस्पति तेल भरें। पानी और तेल का द्रव्यमान बराबर है। हम दोनों बर्तनों को समान बर्नर पर समान रूप से गर्म करेंगे। आइए वनस्पति तेल और पानी के समान प्रारंभिक तापमान पर प्रयोग शुरू करें। पांच मिनट बाद, गर्म तेल और पानी के तापमान को मापने पर, हम देखेंगे कि तेल का तापमान पानी के तापमान से बहुत अधिक है, हालांकि दोनों तरल पदार्थों को समान मात्रा में गर्मी प्राप्त हुई।
स्पष्ट निष्कर्ष यह है: तेल और पानी के समान द्रव्यमान को एक ही तापमान पर गर्म करने पर अलग-अलग मात्रा में ऊष्मा की आवश्यकता होती है।
और हम तुरंत एक और निष्कर्ष निकालते हैं: किसी शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा सीधे उस पदार्थ पर निर्भर करती है जिससे शरीर स्वयं बना है (पदार्थ का प्रकार)।
इस प्रकार, किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा (या ठंडा होने पर निकलने वाली) सीधे पिंड के द्रव्यमान, उसके तापमान की परिवर्तनशीलता और पदार्थ के प्रकार पर निर्भर करती है।
ऊष्मा की मात्रा को प्रतीक Q द्वारा दर्शाया जाता है। अन्य विभिन्न प्रकार की ऊर्जा की तरह, ऊष्मा की मात्रा जूल (J) या किलोजूल (kJ) में मापी जाती है।
1 केजे = 1000 जे
हालाँकि, इतिहास से पता चलता है कि वैज्ञानिकों ने भौतिकी में ऊर्जा की अवधारणा प्रकट होने से बहुत पहले ही गर्मी की मात्रा को मापना शुरू कर दिया था। उस समय, गर्मी की मात्रा को मापने के लिए एक विशेष इकाई विकसित की गई थी - कैलोरी (कैलोरी) या किलोकैलोरी (किलो कैलोरी)। इस शब्द की लैटिन जड़ें हैं, कैलोर - गर्मी।
1 किलो कैलोरी = 1000 कैलोरी
कैलोरी- यह 1 ग्राम पानी को 1°C गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा है
1 कैलोरी = 4.19 जे ≈ 4.2 जे
1 किलो कैलोरी = 4190 जे ≈ 4200 जे ≈ 4.2 केजे
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इस पाठ में हम शरीर की आंतरिक ऊर्जा और विशेष रूप से इसे बदलने के तरीकों का अध्ययन करना जारी रखेंगे। और इस बार हमारे ध्यान का विषय ऊष्मा स्थानांतरण होगा। हम याद रखेंगे कि इसे किस प्रकार में विभाजित किया गया है, इसे किसमें मापा जाता है, और किस अनुपात से हम ऊष्मा विनिमय के परिणामस्वरूप हस्तांतरित ऊष्मा की मात्रा की गणना कर सकते हैं, हम किसी पिंड की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता की परिभाषा भी देंगे;
विषय: ऊष्मागतिकी के मूल सिद्धांत
पाठ: ऊष्मा की मात्रा. विशिष्ट ऊष्मा
जैसा कि हम प्राथमिक विद्यालय से पहले से ही जानते हैं, और जैसा कि हमने पिछले पाठ में याद किया था, किसी शरीर की आंतरिक ऊर्जा को बदलने के दो तरीके हैं: उस पर काम करना या उसमें एक निश्चित मात्रा में गर्मी स्थानांतरित करना। हम पहली विधि के बारे में, फिर से, पिछले पाठ से पहले से ही जानते हैं, लेकिन हमने आठवीं कक्षा के पाठ्यक्रम में दूसरी विधि के बारे में भी बहुत सारी बातें कीं।
बिना कार्य किये ऊष्मा (ऊष्मा या ऊर्जा की मात्रा) स्थानांतरित करने की प्रक्रिया को ऊष्मा विनिमय या ऊष्मा स्थानांतरण कहा जाता है। ट्रांसमिशन तंत्र के अनुसार, जैसा कि हम जानते हैं, इसे तीन प्रकारों में विभाजित किया गया है:
- ऊष्मीय चालकता
- कंवेक्शन
- विकिरण
इन प्रक्रियाओं में से एक के परिणामस्वरूप, गर्मी की एक निश्चित मात्रा शरीर में स्थानांतरित हो जाती है, जिसका मूल्य, वास्तव में, आंतरिक ऊर्जा को बदल देता है। आइए हम इस मात्रा का वर्णन करें।
परिभाषा। ऊष्मा की मात्रा. पदनाम - Q. माप की इकाइयाँ - J. जब शरीर का तापमान बदलता है (जो आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर होता है), तो इस परिवर्तन पर खर्च की गई गर्मी की मात्रा की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:
यहाँ: - शरीर का वजन; - शरीर की विशिष्ट ताप क्षमता; - शरीर के तापमान में बदलाव.
इसके अलावा, यदि, यानी, शीतलन के दौरान, वे कहते हैं कि शरीर ने एक निश्चित मात्रा में गर्मी छोड़ दी, या नकारात्मक मात्रा में गर्मी शरीर में स्थानांतरित हो गई। यदि, अर्थात, शरीर का ताप देखा जाता है, तो स्थानांतरित ऊष्मा की मात्रा, निश्चित रूप से, सकारात्मक होगी।
शरीर की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता पर विशेष ध्यान देना चाहिए।
परिभाषा। विशिष्ट ऊष्मा- संख्यात्मक रूप से गर्मी की मात्रा के बराबर एक मान जिसे एक किलोग्राम पदार्थ को एक डिग्री तक गर्म करने के लिए स्थानांतरित किया जाना चाहिए। विशिष्ट ताप क्षमता प्रत्येक व्यक्तिगत पदार्थ के लिए एक व्यक्तिगत मूल्य है। इसलिए, यह एक सारणीबद्ध मान है, जो स्पष्ट रूप से ज्ञात है, बशर्ते कि हम जानते हों कि पदार्थ के किस भाग में ऊष्मा स्थानांतरित होती है।
विशिष्ट ऊष्मा की SI इकाई उपरोक्त समीकरण से प्राप्त की जा सकती है:
इस प्रकार:
आइए अब उन मामलों पर विचार करें जब एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा के स्थानांतरण से किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति में परिवर्तन होता है। आइए याद रखें कि ऐसे संक्रमणों को पिघलना, क्रिस्टलीकरण, वाष्पीकरण और संघनन कहा जाता है।
किसी तरल से ठोस में और इसके विपरीत में जाने पर, ऊष्मा की मात्रा की गणना सूत्र का उपयोग करके की जाती है:
यहाँ: - शरीर का वजन; - किसी पिंड के संलयन की विशिष्ट ऊष्मा (किसी पदार्थ के एक किलोग्राम को पूरी तरह पिघलाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा)।
किसी पिंड को पिघलाने के लिए, उसे एक निश्चित मात्रा में गर्मी स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है, और संघनन के दौरान, शरीर स्वयं पर्यावरण में एक निश्चित मात्रा में गर्मी छोड़ता है।
किसी तरल से गैसीय पिंड में जाने पर और इसके विपरीत, ऊष्मा की मात्रा की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:
यहाँ: - शरीर का वजन; - किसी पिंड के वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा (किसी पदार्थ के एक किलोग्राम को पूरी तरह से वाष्पित करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा)।
किसी तरल को वाष्पित करने के लिए, उसे एक निश्चित मात्रा में गर्मी स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है, और संघनित होने पर, वाष्प स्वयं पर्यावरण में एक निश्चित मात्रा में गर्मी छोड़ती है।
इस बात पर भी जोर दिया जाना चाहिए कि क्रिस्टलीकरण के साथ पिघलना और संघनन के साथ वाष्पीकरण दोनों एक स्थिर तापमान (क्रमशः पिघलने और क्वथनांक) पर होते हैं (चित्र 1)।
चावल। 1. प्राप्त पदार्थ की मात्रा पर तापमान की निर्भरता का ग्राफ (डिग्री सेल्सियस में) ()
अलग से, यह ईंधन के एक निश्चित द्रव्यमान के दहन के दौरान निकलने वाली गर्मी की मात्रा की गणना पर ध्यान देने योग्य है:
यहाँ: - ईंधन का द्रव्यमान; - ईंधन के दहन की विशिष्ट ऊष्मा (एक किलोग्राम ईंधन के दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा)।
इस तथ्य पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस तथ्य के अलावा कि विशिष्ट ताप क्षमताएं अलग-अलग पदार्थों के लिए अलग-अलग मान लेती हैं, यह पैरामीटर अलग-अलग परिस्थितियों में एक ही पदार्थ के लिए अलग-अलग हो सकता है। उदाहरण के लिए, स्थिर आयतन () पर होने वाली ताप प्रक्रियाओं और स्थिर दबाव () पर होने वाली प्रक्रियाओं के लिए अलग-अलग विशिष्ट ऊष्मा क्षमताएँ प्रतिष्ठित होती हैं।
मोलर ताप क्षमता और केवल ताप क्षमता के बीच भी अंतर है।
परिभाषा। मोलर ताप क्षमता () - किसी पदार्थ के एक मोल को एक डिग्री तक गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा।
ताप की गुंजाइश (सी) - किसी निश्चित द्रव्यमान के पदार्थ के एक हिस्से को एक डिग्री तक गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा। ताप क्षमता और विशिष्ट ताप क्षमता के बीच संबंध:
अगले पाठ में, हम ऊष्मागतिकी के पहले नियम जैसे महत्वपूर्ण नियम को देखेंगे, जो आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन को गैस के कार्य और हस्तांतरित ऊष्मा की मात्रा से जोड़ता है।
ग्रन्थसूची
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- गेंडेनशेटिन एल.ई., डिक यू.आई. भौतिक विज्ञान 10वीं कक्षा। - एम.: इलेक्सा, 2005।
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गृहकार्य
- पृष्ठ 83: क्रमांक 643-646। भौतिक विज्ञान। समस्या पुस्तक. 10-11 ग्रेड. रिमकेविच ए.पी. - एम.: बस्टर्ड, 2013. ()
- दाढ़ और विशिष्ट ताप क्षमताएं कैसे संबंधित हैं?
- खिड़की की सतहों पर कभी-कभी कोहरा क्यों छा जाता है? यह खिड़की के किस तरफ होता है?
- किस मौसम में पोखर तेजी से सूखते हैं: शांत या तेज़ हवा?
- *पिघलने के दौरान शरीर को प्राप्त ऊष्मा किस पर खर्च होती है?
जैसा कि ज्ञात है, विभिन्न यांत्रिक प्रक्रियाओं के दौरान यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तन होता है डब्ल्यूमेह. यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तन का एक माप सिस्टम पर लागू बलों का कार्य है:
\(~\डेल्टा W_(meh) = A.\)
ऊष्मा विनिमय के दौरान शरीर की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन होता है। ऊष्मा स्थानांतरण के दौरान आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का माप ऊष्मा की मात्रा है।
ऊष्मा की मात्रायह आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का एक माप है जो किसी पिंड को ऊष्मा विनिमय की प्रक्रिया के दौरान प्राप्त होता है (या छोड़ देता है)।
इस प्रकार, कार्य और ऊष्मा की मात्रा दोनों ही ऊर्जा में परिवर्तन की विशेषता बताते हैं, लेकिन ऊर्जा के समान नहीं हैं। वे स्वयं सिस्टम की स्थिति का वर्णन नहीं करते हैं, लेकिन जब स्थिति बदलती है तो एक प्रकार से दूसरे प्रकार (एक शरीर से दूसरे शरीर में) में ऊर्जा संक्रमण की प्रक्रिया निर्धारित करते हैं और प्रक्रिया की प्रकृति पर महत्वपूर्ण रूप से निर्भर करते हैं।
कार्य और ऊष्मा की मात्रा के बीच मुख्य अंतर यह है कि कार्य एक प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा को बदलने की प्रक्रिया को दर्शाता है, जिसमें ऊर्जा का एक प्रकार से दूसरे प्रकार (यांत्रिक से आंतरिक में) में परिवर्तन होता है। गर्मी की मात्रा आंतरिक ऊर्जा को एक शरीर से दूसरे शरीर में (अधिक गर्म से कम गर्म तक) स्थानांतरित करने की प्रक्रिया को दर्शाती है, ऊर्जा परिवर्तनों के साथ नहीं।
अनुभव से पता चलता है कि किसी पिंड को गर्म करने के लिए ऊष्मा की मात्रा की आवश्यकता होती है एमतापमान पर टी 1 से तापमान टी 2, सूत्र द्वारा गणना की गई
\(~Q = सेमी (T_2 - T_1) = सेमी \डेल्टा T, \qquad (1)\)
कहाँ सी- पदार्थ की विशिष्ट ताप क्षमता;
\(~c = \frac(Q)(m (T_2 - T_1)).\)
विशिष्ट ऊष्मा क्षमता की SI इकाई जूल प्रति किलोग्राम केल्विन (J/(kg K)) है।
विशिष्ट ऊष्मा सीसंख्यात्मक रूप से ऊष्मा की उस मात्रा के बराबर है जिसे 1 किलोग्राम वजन वाले किसी पिंड को 1 K तक गर्म करने के लिए प्रदान किया जाना चाहिए।
ताप की गुंजाइशशरीर सी T संख्यात्मक रूप से शरीर के तापमान को 1 K तक बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा के बराबर है:
\(~C_T = \frac(Q)(T_2 - T_1) = सेमी.\)
किसी पिंड की ऊष्मा क्षमता की SI इकाई जूल प्रति केल्विन (J/K) है।
स्थिर तापमान पर किसी तरल पदार्थ को भाप में बदलने के लिए, ऊष्मा की मात्रा खर्च करना आवश्यक होता है
\(~Q = Lm, \qquad (2)\)
कहाँ एल- वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा। जब भाप संघनित होती है तो उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है।
एक क्रिस्टलीय पिंड को पिघलाने के लिए वजन तौला जाता है एमपिघलने बिंदु पर, शरीर को गर्मी की मात्रा का संचार करने की आवश्यकता होती है
\(~Q = \lambda m, \qquad (3)\)
कहाँ λ - संलयन की विशिष्ट ऊष्मा। जब कोई पिंड क्रिस्टलीकृत होता है तो उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है।
ईंधन के द्रव्यमान के पूर्ण दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा एम,
\(~Q = qm, \qquad (4)\)
कहाँ क्यू- दहन की विशिष्ट ऊष्मा.
वाष्पीकरण, पिघलने और दहन की विशिष्ट ऊष्मा की SI इकाई जूल प्रति किलोग्राम (J/kg) है।
साहित्य
अक्सेनोविच एल.ए. माध्यमिक विद्यालय में भौतिकी: सिद्धांत। कार्य. टेस्ट: पाठ्यपुस्तक। सामान्य शिक्षा प्रदान करने वाले संस्थानों के लिए भत्ता। पर्यावरण, शिक्षा / एल. ए. अक्सेनोविच, एन. एन. राकिना, के. एस. फ़ारिनो; ईडी। के.एस. फ़ारिनो. - एमएन.: एडुकात्सिया आई व्यवहार्ने, 2004. - पी. 154-155।
>>भौतिकी: ऊष्मा की मात्रा
आप न केवल काम करके, बल्कि गैस को गर्म करके भी सिलेंडर में गैस की आंतरिक ऊर्जा को बदल सकते हैं।
यदि आप पिस्टन को ठीक करते हैं ( चित्र.13.5), तो गरम करने पर गैस का आयतन नहीं बदलता और कोई कार्य नहीं होता। लेकिन गैस का तापमान और इसलिए उसकी आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है।
बिना कार्य किये ऊर्जा को एक पिंड से दूसरे पिंड में स्थानांतरित करने की प्रक्रिया कहलाती है गर्मी विनिमयया गर्मी का हस्तांतरण।
ऊष्मा स्थानांतरण के दौरान आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का मात्रात्मक माप कहलाता है ऊष्मा की मात्रा. ऊष्मा की मात्रा को वह ऊर्जा भी कहा जाता है जो कोई पिंड ऊष्मा विनिमय के दौरान छोड़ता है।
ऊष्मा स्थानांतरण का आणविक चित्र
ऊष्मा विनिमय के दौरान, ऊर्जा को एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित नहीं किया जाता है; गर्म शरीर की आंतरिक ऊर्जा का कुछ हिस्सा ठंडे शरीर में स्थानांतरित हो जाता है।
ताप की मात्रा और ताप क्षमता.आप पहले से ही जानते हैं कि द्रव्यमान के किसी पिंड को गर्म करना है एमतापमान पर टी 1तापमान तक टी 2इसमें ऊष्मा की मात्रा स्थानांतरित करना आवश्यक है:
जब कोई पिंड ठंडा हो जाता है तो उसका अंतिम तापमान होता है टी 2शुरुआती तापमान से कम हो जाता है टी 1और शरीर द्वारा उत्सर्जित ऊष्मा की मात्रा ऋणात्मक होती है।
गुणक सीसूत्र में (13.5) कहा जाता है विशिष्ट गर्मी की क्षमतापदार्थ. विशिष्ट ऊष्मा क्षमता वह मान है जो संख्यात्मक रूप से ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है जो 1 किलो वजन वाले पदार्थ को तब प्राप्त होती है या छोड़ती है जब उसके तापमान में 1 K का परिवर्तन होता है।
विशिष्ट ऊष्मा क्षमता न केवल पदार्थ के गुणों पर निर्भर करती है, बल्कि उस प्रक्रिया पर भी निर्भर करती है जिसके द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण होता है। यदि आप किसी गैस को स्थिर दबाव पर गर्म करते हैं, तो वह फैल जाएगी और कार्य करेगी। किसी गैस को स्थिर दबाव पर 1°C तक गर्म करने के लिए, उसे स्थिर आयतन पर गर्म करने की तुलना में अधिक ऊष्मा स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है, जब गैस केवल गर्म होगी।
गर्म करने पर तरल पदार्थ और ठोस पदार्थ थोड़ा फैलते हैं। स्थिर आयतन और स्थिर दबाव पर उनकी विशिष्ट ऊष्मा क्षमताएं थोड़ी भिन्न होती हैं।
वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा.उबलने की प्रक्रिया के दौरान किसी तरल को भाप में बदलने के लिए, उसमें एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा स्थानांतरित की जानी चाहिए। किसी तरल को उबालने पर उसका तापमान नहीं बदलता है। एक स्थिर तापमान पर तरल के वाष्प में परिवर्तन से अणुओं की गतिज ऊर्जा में वृद्धि नहीं होती है, बल्कि उनकी परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा में वृद्धि होती है। आख़िरकार, गैस अणुओं के बीच की औसत दूरी तरल अणुओं के बीच की तुलना में बहुत अधिक है।
एक स्थिर तापमान पर 1 किलो वजन वाले तरल को भाप में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा के बराबर संख्यात्मक मात्रा को कहा जाता है वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा. यह मान अक्षर द्वारा दर्शाया जाता है आरऔर जूल प्रति किलोग्राम (J/kg) में व्यक्त किए जाते हैं।
जल के वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा बहुत अधिक होती है: आर H2O=2.256 10 6 जे/किग्रा 100 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर। अन्य तरल पदार्थों के लिए, उदाहरण के लिए अल्कोहल, ईथर, पारा, मिट्टी का तेल, वाष्पीकरण की विशिष्ट गर्मी पानी की तुलना में 3-10 गुना कम है।
द्रव को द्रव्यमान में बदलना एमभाप को बराबर ऊष्मा की आवश्यकता होती है:
जब भाप संघनित होती है, तो उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है:
पिघलने बिंदु पर 1 किलो वजन वाले क्रिस्टलीय पदार्थ को तरल में बदलने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा के बराबर मूल्य को संलयन की विशिष्ट गर्मी कहा जाता है।
जब 1 किलो वजन का कोई पदार्थ क्रिस्टलीकृत होता है, तो उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है जितनी पिघलने के दौरान अवशोषित होती है।
बर्फ के पिघलने की विशिष्ट ऊष्मा काफी अधिक होती है: 3.34 · 10 5 J/kg। 18वीं सदी में आर. ब्लैक ने लिखा, "अगर बर्फ में संलयन की उच्च गर्मी नहीं होती, तो वसंत ऋतु में बर्फ का पूरा द्रव्यमान कुछ मिनटों या सेकंड में पिघल जाना चाहिए था, क्योंकि गर्मी लगातार बर्फ में स्थानांतरित होती रहती है।" हवा से। इसके परिणाम भयंकर होंगे; आख़िरकार, वर्तमान स्थिति में भी, जब बर्फ या बर्फ का बड़ा द्रव्यमान पिघलता है तो बड़ी बाढ़ और पानी का तेज़ प्रवाह उत्पन्न होता है।
एक क्रिस्टलीय पिंड को पिघलाने के लिए वजन तौला जाता है एम, ऊष्मा की आवश्यक मात्रा बराबर है:
किसी पिंड के क्रिस्टलीकरण के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा बराबर होती है:
किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा गर्म करने और ठंडा करने के दौरान, वाष्पीकरण और संघनन के दौरान, पिघलने और क्रिस्टलीकरण के दौरान बदल जाती है। सभी मामलों में, गर्मी की एक निश्चित मात्रा शरीर में स्थानांतरित की जाती है या शरीर से हटा दी जाती है।
???
1. मात्रा किसे कहते हैं गर्मी?
2. किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता किस पर निर्भर करती है?
3. वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा क्या कहलाती है?
4. संलयन की विशिष्ट ऊष्मा क्या कहलाती है?
5. किन मामलों में ऊष्मा की मात्रा धनात्मक मात्रा है और किन मामलों में यह ऋणात्मक है?
जी.या.मायाकिशेव, बी.बी.बुखोवत्सेव, एन.एन.सोत्स्की, भौतिकी 10वीं कक्षा
पाठ सामग्री पाठ नोट्सफ़्रेम पाठ प्रस्तुति त्वरण विधियों इंटरैक्टिव तकनीकों का समर्थन करना अभ्यास कार्य और अभ्यास स्व-परीक्षण कार्यशालाएँ, प्रशिक्षण, मामले, प्रश्न, होमवर्क चर्चा प्रश्न, छात्रों से अलंकारिक प्रश्न रेखांकन ऑडियो, वीडियो क्लिप और मल्टीमीडियातस्वीरें, चित्र, ग्राफिक्स, टेबल, आरेख, हास्य, उपाख्यान, चुटकुले, कॉमिक्स, दृष्टान्त, कहावतें, वर्ग पहेली, उद्धरण ऐड-ऑन एब्सट्रैक्टजिज्ञासु क्रिब्स पाठ्यपुस्तकों के लिए आलेख ट्रिक्स, अन्य शब्दों का बुनियादी और अतिरिक्त शब्दकोश पाठ्यपुस्तकों और पाठों में सुधार करनापाठ्यपुस्तक में त्रुटियों को सुधारनापाठ्यपुस्तक में एक अंश को अद्यतन करना, पाठ में नवाचार के तत्व, पुराने ज्ञान को नए से बदलना केवल शिक्षकों के लिए उत्तम पाठवर्ष के लिए कैलेंडर योजना; पद्धतिगत चर्चा कार्यक्रम; एकीकृत पाठयदि आपके पास इस पाठ के लिए सुधार या सुझाव हैं,
किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा बाहरी शक्तियों के कार्य के कारण बदल सकती है। गर्मी हस्तांतरण के दौरान आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन को चिह्नित करने के लिए, एक मात्रा पेश की जाती है जिसे गर्मी की मात्रा कहा जाता है और क्यू से दर्शाया जाता है।
अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में, ऊष्मा, साथ ही कार्य और ऊर्जा की इकाई जूल है: = = = 1 जे।
व्यवहार में, कभी-कभी ऊष्मा की मात्रा की एक गैर-प्रणालीगत इकाई का उपयोग किया जाता है - 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 निकायों में एक निश्चित भारहीन, मायावी तरल - कैलोरी होता है। ऊष्मा विनिमय की प्रक्रिया कथित तौर पर इस तथ्य में समाहित होती है कि कैलोरी, एक शरीर से दूसरे शरीर में प्रवाहित होकर, अपने साथ एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा ले जाती है। अब, पदार्थ की संरचना के आणविक-गतिज सिद्धांत की मूल बातें जानने के बाद, हम समझते हैं कि पिंडों में कोई कैलोरी नहीं होती है, किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा को बदलने का तंत्र अलग होता है। हालाँकि, परंपरा की शक्ति महान है और हम गर्मी की प्रकृति के बारे में गलत विचारों 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, गर्मी के प्रवाह और कैलोरी के एक काल्पनिक तरल के प्रवाह, गर्मी की मात्रा और कैलोरी की मात्रा के बीच एक सादृश्य बनाकर, समस्याओं के कुछ वर्गों को हल करते समय, चल रही प्रक्रियाओं की कल्पना करना और सही ढंग से करना संभव है समस्याओं को सुलझाओ। अंत में, गर्मी हस्तांतरण प्रक्रियाओं का वर्णन करने वाले सही समीकरण एक बार गर्मी वाहक के रूप में कैलोरी के बारे में गलत विचारों के आधार पर प्राप्त किए गए थे।
आइए उन प्रक्रियाओं पर अधिक विस्तार से विचार करें जो ताप विनिमय के परिणामस्वरूप हो सकती हैं।
टेस्ट ट्यूब में थोड़ा पानी डालें और इसे स्टॉपर से बंद कर दें। हम टेस्ट ट्यूब को एक स्टैंड में लगी रॉड से लटकाते हैं और उसके नीचे एक खुली लौ रखते हैं। टेस्ट ट्यूब को लौ से एक निश्चित मात्रा में गर्मी प्राप्त होती है और इसमें तरल का तापमान बढ़ जाता है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, तरल की आंतरिक ऊर्जा बढ़ती है। वाष्पीकरण की एक गहन प्रक्रिया घटित होती है। विस्तारित तरल वाष्प टेस्ट ट्यूब से स्टॉपर को बाहर धकेलने के लिए यांत्रिक कार्य करते हैं।
आइए पीतल की ट्यूब के एक टुकड़े से बनी तोप के मॉडल के साथ एक और प्रयोग करें, जो एक गाड़ी पर लगा हुआ है। एक तरफ ट्यूब को एबोनाइट प्लग से कसकर बंद किया जाता है जिसके माध्यम से एक पिन गुजारा जाता है। तारों को पिन और ट्यूब में मिलाया जाता है, जो टर्मिनलों में समाप्त होता है, जहां प्रकाश नेटवर्क से वोल्टेज की आपूर्ति की जा सकती है। इस प्रकार तोप मॉडल एक प्रकार का इलेक्ट्रिक बॉयलर है।
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तोप की बैरल में थोड़ा पानी डालें और ट्यूब को रबर स्टॉपर से बंद कर दें। आइए बंदूक को एक शक्ति स्रोत से कनेक्ट करें। पानी से गुजरने वाली विद्युत धारा उसे गर्म कर देती है। पानी उबलता है, जिससे तीव्र भाप बनती है। जलवाष्प का दबाव बढ़ता है और अंततः वे प्लग को बंदूक की बैरल से बाहर धकेलने का काम करते हैं।
बंदूक, रिकॉइल के कारण, प्लग के बाहर निकलने की विपरीत दिशा में लुढ़क 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 बढ़ गई। तरल को तेजी से उबलने और वाष्पित होने के लिए, इसे गर्म करना जारी रखना आवश्यक था।
तरल वाष्प, अपनी आंतरिक ऊर्जा के कारण, यांत्रिक कार्य करते थे।
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हम किसी पिंड 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 मापने के लिए, दर्पण गैल्वेनोमीटर से जुड़े थर्मोकपल से बने एक इलेक्ट्रिक थर्मामीटर का उपयोग किया जाता है। एक थर्मोकपल जंक्शन को उसके स्थिर तापमान को सुनिश्चित करने के लिए ठंडे पानी के साथ एक बर्तन में उतारा जाता है। दूसरा थर्मोकपल जंक्शन तरल के तापमान को मापता है। अध्ययनाधीन)।
अनुभव में तीन श्रृंखलाएँ शामिल हैं। पहली श्रृंखला में, एक विशिष्ट 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। हम हीटर (इलेक्ट्रिक स्टोव) से तरल द्वारा प्राप्त गर्मी की मात्रा को गर्म करने के समय से आंकेंगे, यह मानते हुए कि उनके बीच सीधे आनुपातिक संबंध है। इस धारणा के अनुरूप प्रयोग के परिणाम के लिए, बिजली के स्टोव से गर्म शरीर तक एक स्थिर गर्मी प्रवाह सुनिश्चित करना आवश्यक है। ऐसा करने के लिए, इलेक्ट्रिक स्टोव को पहले से चालू कर दिया गया था, ताकि प्रयोग की शुरुआत तक इसकी सतह का तापमान बदलना बंद हो जाए। प्रयोग के दौरान तरल को अधिक समान रूप से गर्म करने के लिए, हम इसे थर्मोकपल का उपयोग करके ही हिलाएंगे। हम नियमित अंतराल पर थर्मामीटर रीडिंग रिकॉर्ड करेंगे जब तक कि प्रकाश स्थान स्केल के किनारे तक नहीं पहुंच जाता।
आइए 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 विभिन्न द्रव्यमानों के समान तरल पदार्थों को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की तुलना करेंगे, जब उनका तापमान समान मात्रा में बदलता 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।
हम नियमित अंतराल पर फिर से थर्मामीटर रीडिंग रिकॉर्ड करेंगे।
पहले और दूसरे प्रयोग के परिणामों की तुलना करने पर निम्नलिखित निष्कर्ष निकाले जा 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 उनका तापमान समान मात्रा में बदलता 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 रीडिंग रिकॉर्ड करेंगे।
प्रयोग का परिणाम इस निष्कर्ष की पुष्टि करता है कि किसी पिंड 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।
चूंकि प्रयोग में तेल का उपयोग किया गया, जिसका घनत्व पानी के घनत्व से कम है, और तेल को एक निश्चित तापमान तक गर्म करने के लिए पानी को गर्म करने की तुलना में कम गर्मी की आवश्यकता होती है, इसलिए यह माना जा सकता है कि किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा उसके तापमान पर निर्भर करती है। घनत्व।
इस धारणा का परीक्षण करने के लिए, हम एक स्थिर शक्ति वाले हीटर पर पानी, पैराफिन और तांबे के बराबर द्रव्यमान को एक साथ गर्म करेंगे।
उसी समय के बाद, तांबे का तापमान लगभग 10 गुना और पैराफिन का तापमान पानी के तापमान से लगभग 2 गुना अधिक होता है।
लेकिन तांबे का घनत्व अधिक होता है और पैराफिन का घनत्व पानी की तुलना में कम होता है।
अनुभव से पता चलता है कि उन पदार्थों के तापमान में परिवर्तन की दर को दर्शाने वाली मात्रा, जिनसे ऊष्मा विनिमय में शामिल पिंड बने होते हैं, घनत्व नहीं है। इस मात्रा को किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता कहा जाता है और इसे अक्षर c से दर्शाया जाता है।
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विभिन्न पदार्थों की विशिष्ट ताप क्षमता की तुलना करने के लिए एक विशेष उपकरण का उपयोग किया जाता है। उपकरण में रैक होते हैं जिसमें एक पतली पैराफिन प्लेट और उसमें से गुज़री छड़ों वाली एक पट्टी जुड़ी होती है। छड़ों के सिरों पर समान द्रव्यमान के एल्यूमीनियम, स्टील और पीतल के सिलेंडर लगे होते हैं।
आइए सिलिंडरों को गर्म चूल्हे पर खड़े पानी वाले बर्तन में डुबोकर उसी तापमान पर गर्म करें। आइए गर्म सिलेंडरों को रैक पर सुरक्षित करें और उन्हें बन्धन से मुक्त करें। सिलेंडर एक साथ पैराफिन प्लेट को छूते हैं और पैराफिन को पिघलाकर उसमें डूबने लगते हैं। समान द्रव्यमान के सिलिंडरों को पैराफिन प्लेट में डुबाने की गहराई, जब उनका तापमान समान मात्रा में बदलता है, भिन्न हो जाती है।
अनुभव से पता चलता है कि एल्यूमीनियम, स्टील और पीतल की विशिष्ट ताप क्षमताएं अलग-अलग हैं।
ठोस पदार्थों के पिघलने, तरल पदार्थों के वाष्पीकरण और ईंधन के दहन के साथ उचित प्रयोग करने के बाद, हमें निम्नलिखित मात्रात्मक निर्भरताएँ प्राप्त होती हैं।
विशिष्ट मात्राओं की इकाइयाँ प्राप्त करने के लिए, उन्हें संबंधित सूत्रों से व्यक्त किया जाना चाहिए और परिणामी अभिव्यक्तियों में ऊष्मा की इकाइयों को प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए - 1 J, द्रव्यमान - 1 किग्रा, और विशिष्ट ऊष्मा क्षमता के लिए - 1 K।
हमें निम्नलिखित इकाइयाँ मिलती हैं: विशिष्ट ऊष्मा क्षमता - 1 J/kg·K, अन्य विशिष्ट ऊष्माएँ: 1 J/kg·K।
