ऊष्मा की मात्रा कैसे पाई जाती है? ताप की मात्रा
(या गर्मी हस्तांतरण)।
किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता।
ताप की गुंजाइश 1 डिग्री गर्म होने पर शरीर द्वारा अवशोषित ऊष्मा की मात्रा है।
शरीर की ताप क्षमता को एक बड़े लैटिन अक्षर द्वारा इंगित किया जाता है से.
शरीर की ताप क्षमता क्या निर्धारित करती है? सबसे पहले, इसके द्रव्यमान से। यह स्पष्ट है कि गर्म करने के लिए, उदाहरण के लिए, 1 किलोग्राम पानी को 200 ग्राम गर्म करने की तुलना में अधिक गर्मी की आवश्यकता होगी।
किस तरह के पदार्थ के बारे में? एक प्रयोग करते हैं। चलो दो समान बर्तन लेते हैं और उनमें से एक में 400 ग्राम पानी डालते हैं, और दूसरे में 400 ग्राम वनस्पति तेल डालते हैं, हम उन्हें समान बर्नर की मदद से गर्म करना शुरू करते हैं। थर्मामीटर की रीडिंग देखने से हम देखेंगे कि तेल जल्दी गर्म होता है। पानी और तेल को एक ही तापमान पर गर्म करने के लिए, पानी को अधिक समय तक गर्म करना चाहिए। लेकिन जितनी देर हम पानी को गर्म करते हैं, उतनी ही अधिक गर्मी उसे बर्नर से मिलती है।
इस प्रकार, विभिन्न पदार्थों के समान द्रव्यमान को एक ही तापमान पर गर्म करने के लिए अलग-अलग मात्रा में ऊष्मा की आवश्यकता होती है। किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा और, परिणामस्वरूप, इसकी ऊष्मा क्षमता उस पदार्थ के प्रकार पर निर्भर करती है जिससे यह पिंड बना है।
इसलिए, उदाहरण के लिए, 1 ° C के द्रव्यमान वाले पानी के तापमान को 1 ° C तक बढ़ाने के लिए, 4200 J के बराबर ऊष्मा की आवश्यकता होती है, और सूरजमुखी के तेल के समान द्रव्यमान को 1 ° C तक गर्म करने के लिए, की मात्रा 1700 J के बराबर ऊष्मा की आवश्यकता होती है।
किसी पदार्थ के 1 किलो को 1ºС तक गर्म करने के लिए कितनी ऊष्मा की आवश्यकता होती है, यह दर्शाने वाली भौतिक मात्रा कहलाती है विशिष्ट ऊष्मायह पदार्थ।
प्रत्येक पदार्थ की अपनी विशिष्ट ऊष्मा क्षमता होती है, जिसे लैटिन अक्षर c द्वारा दर्शाया जाता है और जूल प्रति किलोग्राम-डिग्री (J / (kg ° C)) में मापा जाता है।
विभिन्न समुच्चय अवस्थाओं (ठोस, द्रव और गैसीय) में एक ही पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता अलग-अलग होती है। उदाहरण के लिए, पानी की विशिष्ट ताप क्षमता 4200 J/(kg ºС) है, और बर्फ की विशिष्ट ताप क्षमता 2100 J/(kg ºС) है; ठोस अवस्था में एल्यूमीनियम की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता 920 J/(kg - °C) होती है, और तरल अवस्था में यह 1080 J/(kg - °C) होती है।
ध्यान दें कि पानी की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता बहुत अधिक होती है। इसलिए, गर्मियों में गर्म होने वाले समुद्रों और महासागरों में पानी हवा से बड़ी मात्रा में गर्मी को अवशोषित करता है। इसके कारण, उन स्थानों में जो पानी के बड़े निकायों के पास स्थित हैं, गर्मी उतनी गर्म नहीं होती जितनी कि पानी से दूर स्थानों में होती है।
शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की गणना या शीतलन के दौरान इसके द्वारा जारी की गई।
पूर्वगामी से, यह स्पष्ट है कि शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा उस पदार्थ के प्रकार पर निर्भर करती है जिसमें शरीर होता है (अर्थात, इसकी विशिष्ट ताप क्षमता) और शरीर के द्रव्यमान पर। यह भी स्पष्ट है कि ऊष्मा की मात्रा इस बात पर निर्भर करती है कि हम शरीर का तापमान कितने डिग्री बढ़ाने जा रहे हैं।
इसलिए, शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा निर्धारित करने के लिए या ठंडा करने के दौरान इसके द्वारा जारी करने के लिए, आपको शरीर की विशिष्ट गर्मी को उसके द्रव्यमान और उसके अंतिम और प्रारंभिक तापमान के बीच के अंतर से गुणा करना होगा:
क्यू = सेमी (टी 2 - टी 1 ) ,
कहाँ पे क्यू- गर्मी की मात्रा सीविशिष्ट ताप क्षमता है, एम- शरीर का द्रव्यमान , टी 1 - प्रारंभिक तापमान, टी 2 अंतिम तापमान है।
जब शरीर गरम होता है टी 2 > टी 1 और इसलिए क्यू > 0 . जब शरीर ठंडा हो जाए टी 2 और< टी 1 और इसलिए क्यू< 0 .
यदि पूरे शरीर की ताप क्षमता ज्ञात हो से, क्यूसूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:
क्यू \u003d सी (टी 2 - टी 1 ) .
ताप की गुंजाइश 1 डिग्री गर्म होने पर शरीर द्वारा अवशोषित ऊष्मा की मात्रा है।
शरीर की ताप क्षमता को एक बड़े लैटिन अक्षर द्वारा इंगित किया जाता है से.
शरीर की ताप क्षमता क्या निर्धारित करती है? सबसे पहले, इसके द्रव्यमान से। यह स्पष्ट है कि गर्म करने के लिए, उदाहरण के लिए, 1 किलोग्राम पानी को 200 ग्राम गर्म करने की तुलना में अधिक गर्मी की आवश्यकता होगी।
किस तरह के पदार्थ के बारे में? एक प्रयोग करते हैं। चलो दो समान बर्तन लेते हैं और उनमें से एक में 400 ग्राम पानी डालते हैं, और दूसरे में 400 ग्राम वनस्पति तेल डालते हैं, हम उन्हें समान बर्नर की मदद से गर्म करना शुरू करते हैं। थर्मामीटर की रीडिंग देखने से हम देखेंगे कि तेल जल्दी गर्म होता है। पानी और तेल को एक ही तापमान पर गर्म करने के लिए, पानी को अधिक समय तक गर्म करना चाहिए। लेकिन जितनी देर हम पानी को गर्म करते हैं, उतनी ही अधिक गर्मी उसे बर्नर से मिलती है।
इस प्रकार, विभिन्न पदार्थों के समान द्रव्यमान को एक ही तापमान पर गर्म करने के लिए अलग-अलग मात्रा में ऊष्मा की आवश्यकता होती है। किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा और, परिणामस्वरूप, इसकी ऊष्मा क्षमता उस पदार्थ के प्रकार पर निर्भर करती है जिससे यह पिंड बना है।
इसलिए, उदाहरण के लिए, 1 किलो पानी का तापमान 1 डिग्री सेल्सियस बढ़ाने के लिए, 4200 जे के बराबर गर्मी की आवश्यकता होती है, और सूरजमुखी के तेल के समान द्रव्यमान को 1 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए 1700 के बराबर गर्मी की मात्रा की आवश्यकता होती है। ज आवश्यक है।
किसी पदार्थ के 1 किलो को 1ºС तक गर्म करने के लिए कितनी ऊष्मा की आवश्यकता होती है, यह दर्शाने वाली भौतिक मात्रा कहलाती है विशिष्ट ऊष्मायह पदार्थ।
प्रत्येक पदार्थ की अपनी विशिष्ट ऊष्मा क्षमता होती है, जिसे लैटिन अक्षर c द्वारा दर्शाया जाता है और जूल प्रति किलोग्राम-डिग्री (J / (kg ° C)) में मापा जाता है।
विभिन्न समुच्चय अवस्थाओं (ठोस, द्रव और गैसीय) में एक ही पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता अलग-अलग होती है। उदाहरण के लिए, पानी की विशिष्ट ताप क्षमता 4200 J/(kg ºС) है, और बर्फ की विशिष्ट ताप क्षमता 2100 J/(kg ºС) है; ठोस अवस्था में एल्युमिनियम की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता 920 J / (kg - ° C) होती है, और तरल अवस्था में - 1080 J / (kg - ° C)।
ध्यान दें कि पानी की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता बहुत अधिक होती है। इसलिए, गर्मियों में गर्म होने वाले समुद्रों और महासागरों में पानी हवा से बड़ी मात्रा में गर्मी को अवशोषित करता है। इसके कारण, उन स्थानों में जो पानी के बड़े निकायों के पास स्थित हैं, गर्मी उतनी गर्म नहीं होती जितनी कि पानी से दूर स्थानों में होती है।
शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की गणना या शीतलन के दौरान इसके द्वारा जारी की गई।
पूर्वगामी से, यह स्पष्ट है कि शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा उस पदार्थ के प्रकार पर निर्भर करती है जिसमें शरीर होता है (अर्थात, इसकी विशिष्ट ताप क्षमता) और शरीर के द्रव्यमान पर। यह भी स्पष्ट है कि ऊष्मा की मात्रा इस बात पर निर्भर करती है कि हम शरीर का तापमान कितने डिग्री बढ़ाने जा रहे हैं।
इसलिए, शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा निर्धारित करने के लिए या ठंडा करने के दौरान इसके द्वारा जारी करने के लिए, आपको शरीर की विशिष्ट गर्मी को उसके द्रव्यमान और उसके अंतिम और प्रारंभिक तापमान के बीच के अंतर से गुणा करना होगा:
क्यू= सेमी (टी 2 - टी 1),
कहाँ पे क्यू- गर्मी की मात्रा सी- विशिष्ट ऊष्मा क्षमता, एम- शरीर का द्रव्यमान, टी 1- प्रारंभिक तापमान, टी 2- अंतिम तापमान।
जब शरीर गरम होता है टी 2> टी 1और इसलिए क्यू >0 . जब शरीर ठंडा हो जाए टी 2 और< टी 1और इसलिए क्यू< 0 .
यदि पूरे शरीर की ताप क्षमता ज्ञात हो से, क्यूसूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है: क्यू \u003d सी (टी 2 - टी 1)।
22) गलन: परिभाषा, गलन या जमने के लिए ऊष्मा की मात्रा की गणना, गलन की विशिष्ट ऊष्मा, t0 (Q) का ग्राफ।
ऊष्मप्रवैगिकी
आणविक भौतिकी की एक शाखा जो ऊर्जा के हस्तांतरण का अध्ययन करती है, कुछ प्रकार की ऊर्जा को दूसरों में बदलने के पैटर्न। आणविक-गतिज सिद्धांत के विपरीत, ऊष्मप्रवैगिकी पदार्थों और माइक्रोपैरामीटर की आंतरिक संरचना को ध्यान में नहीं रखती है।
थर्मोडायनामिक सिस्टम
यह निकायों का एक संग्रह है जो एक दूसरे के साथ या पर्यावरण के साथ ऊर्जा (कार्य या गर्मी के रूप में) का आदान-प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, चायदानी में पानी ठंडा हो जाता है, चायदानी के साथ पानी की गर्मी और पर्यावरण के साथ चायदानी का आदान-प्रदान होता है। पिस्टन के नीचे गैस वाला सिलेंडर: पिस्टन काम करता है, जिसके परिणामस्वरूप गैस ऊर्जा प्राप्त करती है और इसके मैक्रो पैरामीटर बदल जाते हैं।
ताप की मात्रा
यह ऊर्जा, जो हीट एक्सचेंज की प्रक्रिया में सिस्टम द्वारा प्राप्त या दिया जाता है। जूल में, किसी भी ऊर्जा की तरह मापे गए प्रतीक Q द्वारा निरूपित।
विभिन्न ताप हस्तांतरण प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, स्थानांतरित की जाने वाली ऊर्जा अपने तरीके से निर्धारित होती है।
गर्म हो रहा है और ठण्डा हो रहा है
इस प्रक्रिया को सिस्टम के तापमान में बदलाव की विशेषता है। ऊष्मा की मात्रा सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है
किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमतागर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा से मापा जाता है सामूहिक इकाइयाँइस पदार्थ का 1K। 1 किलो कांच या 1 किलो पानी को गर्म करने के लिए अलग-अलग मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। विशिष्ट ऊष्मा क्षमता एक ज्ञात मान है जिसकी गणना पहले से ही सभी पदार्थों के लिए की जाती है, भौतिक तालिकाओं में मान देखें।
पदार्थ की ऊष्मा क्षमता C- यह ऊष्मा की वह मात्रा है जो शरीर को उसके द्रव्यमान को 1K तक ध्यान में रखे बिना गर्म करने के लिए आवश्यक है।
पिघलने और क्रिस्टलीकरण
पिघलना किसी पदार्थ का ठोस से तरल अवस्था में संक्रमण है। रिवर्स संक्रमण को क्रिस्टलीकरण कहा जाता है।
किसी पदार्थ के क्रिस्टल जाली के विनाश पर खर्च की गई ऊर्जा सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है
संलयन की विशिष्ट ऊष्मा प्रत्येक पदार्थ के लिए एक ज्ञात मान है, भौतिक तालिकाओं में मान देखें।
वाष्पीकरण (वाष्पीकरण या उबलना) और संघनन
वाष्पीकरण एक तरल (ठोस) अवस्था से गैसीय अवस्था में पदार्थ का संक्रमण है। विपरीत प्रक्रिया को संघनन कहा जाता है।
वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा प्रत्येक पदार्थ के लिए एक ज्ञात मान है, भौतिक तालिकाओं में मान देखें।
दहन
किसी पदार्थ के जलने पर निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा
दहन की विशिष्ट ऊष्मा प्रत्येक पदार्थ के लिए एक ज्ञात मान है, भौतिक तालिकाओं में मान देखें।
पिंडों के एक बंद और रूद्धोष्म रूप से पृथक प्रणाली के लिए, ऊष्मा संतुलन समीकरण संतुष्ट है। ऊष्मा विनिमय में भाग लेने वाले सभी निकायों द्वारा दी गई और प्राप्त की गई ऊष्मा की मात्रा का बीजगणितीय योग शून्य के बराबर है:
क्यू 1 + क्यू 2 +...+ क्यू एन = 0
23) तरल पदार्थ की संरचना। सतह परत। भूतल तनाव बल: अभिव्यक्ति, गणना, सतह तनाव गुणांक के उदाहरण।
समय-समय पर, कोई भी अणु आसन्न रिक्त स्थान पर जा सकता है। तरल पदार्थों में इस तरह की छलांग काफी बार होती है; इसलिए, अणु क्रिस्टल की तरह कुछ केंद्रों से बंधे नहीं होते हैं, और तरल के पूरे आयतन में घूम सकते हैं। यह तरल पदार्थ की तरलता की व्याख्या करता है। निकट दूरी वाले अणुओं के बीच मजबूत संपर्क के कारण, वे कई अणुओं वाले स्थानीय (अस्थिर) आदेशित समूह बना सकते हैं। इस घटना को कहा जाता है कम दूरी का आदेश(चित्र 3.5.1)।
गुणांक β कहलाता है मात्रा विस्तार का तापमान गुणांक . तरल पदार्थों के लिए यह गुणांक ठोस पदार्थों की तुलना में दस गुना अधिक है। पानी के लिए, उदाहरण के लिए, 20 ° C के तापमान पर, ≈ ≈ ≈ 10 - 4 K - 1 में, स्टील के लिए β st ≈ 3.6 10 - 5 K - 1, क्वार्ट्ज ग्लास के लिए β kv ≈ 9 10 - 6 K - एक ।
जल के ऊष्मीय विस्तार में पृथ्वी पर जीवन के लिए एक दिलचस्प और महत्वपूर्ण विसंगति है। 4 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर, पानी घटते तापमान के साथ फैलता है (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
जब पानी जमता है, तो यह फैलता है, इसलिए बर्फ पानी के ठंडे पिंड की सतह पर तैरती रहती है। बर्फ के नीचे जमने वाले जल का तापमान 0°C होता है। जलाशय के तल के पास पानी की सघन परतों में तापमान लगभग 4 °C होता है। इसके लिए धन्यवाद, ठंडे जलाशयों के पानी में जीवन मौजूद हो सकता है।
तरल पदार्थ की सबसे दिलचस्प विशेषता उपस्थिति है मुक्त सतह . तरल, गैसों के विपरीत, उस बर्तन के पूरे आयतन को नहीं भरता है जिसमें इसे डाला जाता है। तरल और गैस (या वाष्प) के बीच एक इंटरफ़ेस बनता है, जो शेष तरल द्रव्यमान की तुलना में विशेष परिस्थितियों में होता है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि, अत्यंत कम संपीड्यता के कारण, अधिक सघन पैक सतह की उपस्थिति परत तरल मात्रा में कोई ध्यान देने योग्य परिवर्तन नहीं करती है। यदि अणु सतह से तरल में चला जाता है, तो अंतर-आणविक अन्योन्य क्रिया के बल सकारात्मक कार्य करेंगे। इसके विपरीत, अणुओं की एक निश्चित संख्या को तरल की गहराई से सतह तक खींचने के लिए (यानी, तरल के सतह क्षेत्र में वृद्धि), बाहरी बलों को एक सकारात्मक कार्य करना चाहिए Δ एबाहरी, परिवर्तन के लिए आनुपातिक Δ एससतह क्षेत्र:
यांत्रिकी से यह ज्ञात है कि एक प्रणाली की संतुलन अवस्था इसकी संभावित ऊर्जा के न्यूनतम मूल्य के अनुरूप होती है। यह इस प्रकार है कि तरल की मुक्त सतह अपने क्षेत्र को कम करने के लिए प्रवृत्त होती है। इस कारण द्रव की मुक्त बूंद गोलाकार आकृति ग्रहण कर लेती है। द्रव ऐसा व्यवहार करता है मानो बल इसकी सतह पर स्पर्शरेखा से कार्य कर रहे हों, इस सतह को कम (संकुचित) कर रहे हों। ये बल कहलाते हैं सतह तनाव बल .
सतह तनाव बलों की उपस्थिति तरल सतह को एक लोचदार तनी हुई फिल्म की तरह दिखती है, केवल अंतर के साथ कि फिल्म में लोचदार बल इसके सतह क्षेत्र पर निर्भर करते हैं (यानी, फिल्म कैसे विकृत होती है), और सतह तनाव बल निर्भर मत करोतरल के सतह क्षेत्र पर।
कुछ तरल पदार्थ, जैसे साबुन का पानी, में पतली फिल्म बनाने की क्षमता होती है। सभी प्रसिद्ध साबुन के बुलबुले का सही गोलाकार आकार होता है - यह सतह तनाव बलों की क्रिया को भी प्रकट करता है। यदि एक तार के फ्रेम को साबुन के घोल में उतारा जाता है, जिसमें से एक पक्ष चल सकता है, तो यह पूरी तरह से तरल की एक फिल्म (चित्र 3.5.3) के साथ कवर किया जाएगा।
भूतल तनाव बल फिल्म की सतह को छोटा करते हैं। फ्रेम के गतिमान पक्ष को संतुलित करने के लिए, उस पर एक बाहरी बल लगाया जाना चाहिए। यदि, बल की कार्रवाई के तहत, क्रॉसबार Δ द्वारा चलता है एक्स, फिर काम Δ एएक्सट = एफअतिरिक्त डी एक्स = Δ एपि = σΔ एस, जहां ए एस = 2एलΔ एक्ससाबुन फिल्म के दोनों किनारों के सतह क्षेत्र में वृद्धि है। चूंकि बलों के मॉड्यूल और समान हैं, हम लिख सकते हैं:
|
इस प्रकार, पृष्ठ तनाव गुणांक σ को इस प्रकार परिभाषित किया जा सकता है सतह को घेरने वाली रेखा की प्रति इकाई लंबाई पर कार्य करने वाले पृष्ठ तनाव बल का मापांक.
द्रव की बूंदों और साबुन के बुलबुलों के भीतर पृष्ठ तनाव बलों की क्रिया के कारण अतिरिक्त दाब Δ पी. यदि हम मानसिक रूप से त्रिज्या की एक गोलाकार बूंद को काटते हैं आरदो हिस्सों में, फिर उनमें से प्रत्येक को 2π की लंबाई के साथ कट की सीमा पर लागू सतह तनाव बलों की कार्रवाई के तहत संतुलन में होना चाहिए। आरऔर क्षेत्र π पर कार्यरत अधिक दबाव बल आर 2 खंड (चित्र। 3.5.4)। संतुलन की स्थिति के रूप में लिखा गया है
यदि ये बल स्वयं तरल के अणुओं के बीच अन्योन्य क्रिया के बलों से अधिक हैं, तो तरल गीलाएक ठोस शरीर की सतह। इस मामले में, तरल ठोस शरीर की सतह पर कुछ तीव्र कोण θ पर पहुंचता है, जो दिए गए तरल-ठोस जोड़े की विशेषता है। कोण θ कहलाता है संपर्क कोण . यदि तरल अणुओं के बीच अन्योन्यक्रिया बल ठोस अणुओं के साथ उनकी अन्योन्य क्रिया के बलों से अधिक हो जाते हैं, तो संपर्क कोण θ अधिक हो जाता है (चित्र 3.5.5)। इस मामले में, तरल कहा जाता है गीला नहीं होताएक ठोस शरीर की सतह। पर पूर्ण गीलापनθ = 0, पर पूर्ण गैर-गीलापनθ = 180°।
केशिका घटनाछोटे व्यास की नलियों में द्रव का ऊपर उठना या गिरना कहलाता है - केशिकाओं. गीले तरल पदार्थ केशिकाओं के माध्यम से ऊपर उठते हैं, गैर-गीले तरल नीचे उतरते हैं।
अंजीर पर। 3.5.6 एक निश्चित त्रिज्या की एक केशिका ट्यूब दिखाता है आरघनत्व ρ के गीले तरल में निचले सिरे से उतारा गया। केशिका का ऊपरी सिरा खुला होता है। केशिका में तरल का उत्थान तब तक जारी रहता है जब तक कि केशिका में तरल स्तंभ पर कार्य करने वाला गुरुत्वाकर्षण बल परिणामी मान के निरपेक्ष मान के बराबर नहीं हो जाता एफ n सतह तनाव बल केशिका की सतह के साथ तरल के संपर्क की सीमा के साथ कार्य करता है: एफटी = एफएन, कहाँ एफटी = मिलीग्राम = ρ एचπ आर 2 जी, एफएन = σ2π आरक्योंकि θ।
यह संकेत करता है:
पूर्ण गैर गीलापन के साथ, θ = 180°, cos θ = -1 और, इसलिए, एच < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
पानी साफ कांच की सतह को लगभग पूरी तरह से गीला कर देता है। इसके विपरीत, पारा कांच की सतह को पूरी तरह से गीला नहीं करता है। इसलिए, कांच की केशिका में पारा का स्तर बर्तन में स्तर से नीचे गिर जाता है।
24) वाष्पीकरण: परिभाषा, प्रकार (वाष्पीकरण, उबलना), वाष्पीकरण और संघनन के लिए ऊष्मा की मात्रा की गणना, वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा।
वाष्पीकरण और संघनन। पदार्थ की आणविक संरचना के बारे में विचारों के आधार पर वाष्पीकरण की घटना की व्याख्या। वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा। उसकी इकाइयाँ।
द्रव के वाष्प में बदलने की घटना कहलाती है वाष्पीकरण।
वाष्पीकरण - खुली सतह से होने वाली वाष्पीकरण की प्रक्रिया।
तरल अणु अलग-अलग गति से चलते हैं। यदि कोई अणु तरल की सतह पर है, तो वह पड़ोसी अणुओं के आकर्षण को दूर कर सकता है और तरल से बाहर निकल सकता है। भागने वाले अणु वाष्प बनाते हैं। टक्कर होने पर शेष तरल अणुओं के वेग बदल जाते हैं। इस मामले में, कुछ अणु तरल से बाहर निकलने के लिए पर्याप्त गति प्राप्त कर लेते हैं। यह प्रक्रिया जारी रहती है, इसलिए तरल पदार्थ धीरे-धीरे वाष्पित होते हैं।
*वाष्पीकरण की दर तरल के प्रकार पर निर्भर करती है। वे तरल पदार्थ तेजी से वाष्पित होते हैं, जिनमें अणु कम बल से आकर्षित होते हैं।
* वाष्पीकरण किसी भी तापमान पर हो सकता है। लेकिन उच्च तापमान पर वाष्पीकरण तेज होता है .
*वाष्पीकरण की दर इसके सतह क्षेत्र पर निर्भर करती है।
* हवा (वायु प्रवाह) के साथ वाष्पीकरण तेजी से होता है।
वाष्पीकरण के दौरान, आंतरिक ऊर्जा कम हो जाती है, क्योंकि। वाष्पीकरण के दौरान तेज अणु तरल छोड़ते हैं, इसलिए शेष अणुओं की औसत गति कम हो जाती है। इसका मतलब है कि अगर बाहर से ऊर्जा का प्रवाह नहीं होता है, तो तरल का तापमान कम हो जाता है।
वाष्प के द्रव में बदलने की घटना कहलाती है वाष्पीकरण।
यह ऊर्जा की रिहाई के साथ है।
वाष्प संघनन बादलों के निर्माण की व्याख्या करता है। जमीन से ऊपर उठने वाली जलवाष्प हवा की ऊपरी ठंडी परतों में बादल बनाती है, जिसमें पानी की छोटी-छोटी बूंदें होती हैं।
वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा - शारीरिक। एक मात्रा जो यह दर्शाती है कि तापमान में बदलाव किए बिना 1 किलो द्रव्यमान के तरल को वाष्प में बदलने के लिए कितनी ऊष्मा की आवश्यकता होती है।
ऊद। वाष्पीकरण का ताप L अक्षर से निरूपित और J / kg में मापा जाता है
ऊद। जल के वाष्पीकरण की ऊष्मा: L=2.3×10 6 J/kg, एल्कोहल L=0.9×10 6
किसी द्रव को भाप में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा: Q = Lm
>>भौतिकी: शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा की गणना और ठंडा करने के दौरान इसके द्वारा जारी की जाती है
यह जानने के लिए कि शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की गणना कैसे की जाती है, पहले हम यह स्थापित करते हैं कि यह किस मात्रा पर निर्भर करता है।
पिछले पैराग्राफ से, हम पहले से ही जानते हैं कि गर्मी की यह मात्रा उस पदार्थ पर निर्भर करती है जिसमें शरीर शामिल होता है (यानी, इसकी विशिष्ट ताप क्षमता):
क्यू सी पर निर्भर करता है
लेकिन वह सब नहीं है।
यदि हम केतली में पानी को गर्म करना चाहते हैं ताकि वह केवल गर्म रहे, तो हम उसे अधिक देर तक गर्म नहीं करेंगे। और पानी गर्म हो जाए इसके लिए हम इसे और देर तक गर्म करेंगे। लेकिन जितनी अधिक देर तक केतली हीटर के संपर्क में रहेगी, उतनी ही अधिक गर्मी उससे प्राप्त होगी।
इसलिए, गर्म करने के दौरान शरीर का तापमान जितना अधिक बदलता है, उतनी ही अधिक गर्मी को इसमें स्थानांतरित करना होगा।
बता दें कि शरीर का प्रारंभिक तापमान टिनी के बराबर है, और अंतिम तापमान - टीफिन। तब शरीर के तापमान में परिवर्तन अंतर द्वारा व्यक्त किया जाएगा:
अंत में, हर कोई जानता है कि के लिए गरम करना, उदाहरण के लिए, 1 किलो पानी को गर्म करने में लगने वाले समय की तुलना में 2 किलो पानी अधिक समय (और इसलिए अधिक गर्मी) लेता है। इसका मतलब यह है कि किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा उस पिंड के द्रव्यमान पर निर्भर करती है:
इसलिए, ऊष्मा की मात्रा की गणना करने के लिए, आपको उस पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता को जानना होगा जिससे पिंड बना है, इस पिंड का द्रव्यमान और इसके अंतिम और प्रारंभिक तापमान के बीच का अंतर।
मान लीजिए, उदाहरण के लिए, यह निर्धारित करना आवश्यक है कि 5 किग्रा द्रव्यमान वाले लोहे के हिस्से को गर्म करने के लिए कितनी ऊष्मा की आवश्यकता है, बशर्ते कि इसका प्रारंभिक तापमान 20 °C हो, और अंतिम तापमान 620 °C होना चाहिए।
तालिका 8 से हम पाते हैं कि लोहे की विशिष्ट ताप क्षमता c = 460 J/(kg°C) है। इसका मतलब है कि 1 किलो लोहे को 1 °C तक गर्म करने में 460 J लगता है।
5 किलो लोहे को 1 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए, 5 गुना गर्मी की आवश्यकता होती है, अर्थात। 460 जे * 5 = 2300 जे।
लोहे को 1 °C से नहीं, बल्कि द्वारा गर्म करना ए t \u003d 600 ° C, एक और 600 गुना अधिक ऊष्मा की आवश्यकता होगी, अर्थात 2300 J X 600 \u003d 1 380 000 J। जब यह लोहा 620 से 20 ° C तक ठंडा होता है तो ठीक वैसी ही (मॉड्यूलो) ऊष्मा निकलती है।
इसलिए, शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा का पता लगाने के लिए या ठंडा करने के दौरान उसके द्वारा जारी की गई, आपको शरीर की विशिष्ट ऊष्मा को उसके द्रव्यमान और उसके अंतिम और प्रारंभिक तापमान के बीच के अंतर से गुणा करना होगा: 
??? 1. यह दर्शाने वाले उदाहरण दीजिए कि गर्म होने पर किसी पिंड द्वारा प्राप्त ऊष्मा की मात्रा उसके द्रव्यमान और तापमान परिवर्तन पर निर्भर करती है। 2. शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा या इसके द्वारा जारी की गई ऊष्मा की मात्रा किस सूत्र से है? ठंडा?
एस.वी. ग्रोमोव, एन.ए. मातृभूमि, भौतिकी ग्रेड 8
इंटरनेट साइटों से पाठकों द्वारा प्रस्तुत
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उत्तर कम स्पष्ट नहीं है - क्योंकि केतली में पानी का द्रव्यमान कम होता है। उत्कृष्ट। 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 पदार्थ के लिए थर्मामीटर है, तो आप इसका उपयोग कर सकते हैं, यदि नहीं, तो आप समय-समय पर अपनी उंगली से तापमान की जांच कर 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:
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।
ऊष्मा की मात्रा की अवधारणा आधुनिक भौतिकी के विकास के शुरुआती चरणों में बनाई गई थी, जब पदार्थ की आंतरिक संरचना के बारे में कोई स्पष्ट विचार नहीं थे कि ऊर्जा क्या है, प्रकृति में ऊर्जा के कौन से रूप मौजूद हैं और ऊर्जा के बारे में क्या है पदार्थ के संचलन और परिवर्तन का एक रूप।
ऊष्मा की मात्रा को ऊष्मा विनिमय की प्रक्रिया में भौतिक शरीर को हस्तांतरित ऊर्जा के बराबर भौतिक मात्रा के रूप में समझा जाता है।
ऊष्मा की मात्रा की अप्रचलित इकाई कैलोरी है, जो 4.2 जे के बराबर है, आज इस इकाई का व्यावहारिक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है, और जूल ने इसकी जगह ले ली है।
प्रारंभ में, यह माना जाता था कि तापीय ऊर्जा का वाहक कुछ पूरी तरह से भार रहित माध्यम है जिसमें तरल के गुण होते हैं। गर्मी हस्तांतरण की कई भौतिक समस्याएं इस आधार पर हल की जा रही हैं और अभी भी हल की जा रही हैं। कई अनिवार्य रूप से सही निर्माणों के लिए एक काल्पनिक कैलोरी के अस्तित्व को आधार के रूप में लिया गया था। यह माना जाता था कि गर्म करने और ठंडा करने, पिघलने और क्रिस्टलीकरण की घटनाओं में कैलोरी जारी और अवशोषित होती है। ऊष्मा अंतरण प्रक्रियाओं के लिए सही समीकरण गलत भौतिक अवधारणाओं से प्राप्त किए गए थे। एक ज्ञात कानून है जिसके अनुसार गर्मी की मात्रा गर्मी विनिमय और तापमान ढाल में शामिल शरीर के द्रव्यमान के सीधे आनुपातिक होती है:
जहाँ Q ऊष्मा की मात्रा है, m शरीर का द्रव्यमान और गुणांक है साथ- एक मात्रा जिसे विशिष्ट ताप क्षमता कहा जाता है। विशिष्ट ताप क्षमता प्रक्रिया में शामिल पदार्थ की एक विशेषता है।
ऊष्मप्रवैगिकी में काम करें
थर्मल प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, विशुद्ध रूप से यांत्रिक कार्य किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, गर्म करने पर गैस का आयतन बढ़ जाता है। आइए नीचे दिए गए आंकड़े में एक स्थिति लें:
इस मामले में, यांत्रिक कार्य पिस्टन पर गैस दबाव बल के बराबर होगा जो पिस्टन द्वारा दबाव में यात्रा किए गए पथ से गुणा किया जाता है। बेशक, यह सबसे आसान मामला है। लेकिन इसमें भी एक कठिनाई देखी जा सकती है: दबाव बल गैस की मात्रा पर निर्भर करेगा, जिसका अर्थ है कि हम स्थिरांक से नहीं, बल्कि चर से निपट रहे हैं। चूंकि सभी तीन चर: दबाव, तापमान और आयतन एक दूसरे से संबंधित हैं, कार्य की गणना अधिक जटिल हो जाती है। कुछ आदर्श, असीम रूप से धीमी प्रक्रियाएँ हैं: आइसोबैरिक, आइसोथर्मल, एडियाबेटिक और आइसोकोरिक - जिसके लिए ऐसी गणना अपेक्षाकृत सरलता से की जा सकती है। दबाव बनाम आयतन का एक प्लॉट प्लॉट किया जाता है, और काम की गणना फॉर्म के अभिन्न अंग के रूप में की जाती है।
